納米復(fù)合材料在水污染檢測(cè)中的應(yīng)用

李家淦 張少君 王明雨

摘 要：海洋經(jīng)濟(jì)不斷為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供動(dòng)力支持的同時(shí)，海洋環(huán)境污染問(wèn)題的解決也迫在眉睫。我國(guó)對(duì)水污染防治法中對(duì)"水污染"下了較為明確的定義，即為水體中由于某種物質(zhì)的接入，從而致使化學(xué)、物理、生物以及多種放射性特征變化，因而對(duì)水體的有效作用加以改變，對(duì)人體的健康及生態(tài)環(huán)境造成破壞，此種致使水質(zhì)惡化的情況簡(jiǎn)稱(chēng)水污染。本次研究針對(duì)在水體污染物中，如何將納米復(fù)合材料應(yīng)用其中監(jiān)測(cè)水體中的污染物，并且加以去除，旨在為水污染防治工作的開(kāi)展，提供可參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：納米；復(fù)合材料；污染物檢測(cè)；去除

1引言

在近些年來(lái)的社會(huì)發(fā)展中，水環(huán)境保護(hù)問(wèn)題始終是人類(lèi)所關(guān)心的重要問(wèn)題。當(dāng)前工農(nóng)業(yè)的發(fā)展速率不斷加快，環(huán)境問(wèn)題更是逐步凸顯，同時(shí)隨著人們對(duì)所處的環(huán)境質(zhì)量要求不斷提升，如何檢測(cè)和去除水體中的污染物成為水環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵[1]。石墨烯類(lèi)碳材料及其復(fù)合物在水處理領(lǐng)域應(yīng)用，以及與其他功能性化合物復(fù)合，來(lái)增強(qiáng)材料在吸附、靜電作用、磁性、電子傳遞及還原等方面的能力，為檢測(cè)、去除水中的污染物提供新方法[2-4]。

2石墨烯納米復(fù)合材料基本特性

石墨烯是一種僅僅存在1個(gè)碳原子厚度的二維納米材料，具備了獨(dú)特性的理化功能，97%的透明度、較優(yōu)的柔韌性及機(jī)械化強(qiáng)度，以及良好的導(dǎo)電性能[5]。究其原因主要由于石墨烯的每一個(gè)碳原子都通過(guò)借助sp2的雜化方法，在σ鍵及其他的3個(gè)原子之間相連，從而構(gòu)造了一個(gè)六邊形晶格。剩余的未成鍵π電子則能夠垂直于六邊形平面，從而形成大π鍵。在納米復(fù)合材料中的電子運(yùn)動(dòng)速率達(dá)到了光速的三百分之一，對(duì)電子在普通導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出。處于室溫下的平面上電子的整體遷移率達(dá)到了200000cm2（V.S），將其賦予了較為優(yōu)良的導(dǎo)電特性。諸如上述特點(diǎn)均能夠?qū)⑹┘{米復(fù)合材料，更好的應(yīng)用于污染物的檢測(cè)及去除中。

3 石墨烯納米復(fù)合材料的合成應(yīng)用方法

3.1原位聚合法

在石墨烯納米復(fù)合材料運(yùn)用原位聚合法的過(guò)程中，首先應(yīng)當(dāng)將經(jīng)Hummer法所制成的氧化石墨烯[6]，能夠分散于液體中，進(jìn)而加入既定量的引發(fā)劑，可以在輻射或者加熱作用下，引發(fā)劑引發(fā)了聚合反應(yīng)。通過(guò)借助此種方法在有關(guān)研究中，合成了石墨烯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，能夠顯著的應(yīng)用于電磁干擾方面。并且此種方法在應(yīng)用于有機(jī)染料的去除中，也同樣取得了顯著的污染物吸附去除效果。

3.2溶液共混聚合法

此種方法在應(yīng)用過(guò)程中通常是將溶液體系作為生成基礎(chǔ)，在此種溶液體系中，包含了所需要溶解的聚合物，或者預(yù)聚合物以及膨脹的石墨烯。在石墨烯納米復(fù)合材料或者改性過(guò)后的復(fù)合材料，較為容易在水、氯仿、丙酮等溶劑中分散，之后聚合物會(huì)依附于石墨烯上，石墨烯的片材就會(huì)重新組裝，聚合物便會(huì)在片材上形成納米復(fù)合材料。此種方法能夠合成以環(huán)氧樹(shù)脂作為基礎(chǔ)性的納米材料，補(bǔ)償聚合物鏈的逐步減少，需要借助大量的溶劑分子基于填料中解吸得出。此種方法通常能夠合成無(wú)極性或者低級(jí)性的納米復(fù)合材料，但是通常此種殘余的溶劑往往較不容易被清除，會(huì)損壞復(fù)合材料的性能。

4石墨烯納米復(fù)合材料應(yīng)用于污染物檢測(cè)及處理

通過(guò)將石墨烯復(fù)合材料對(duì)水體中的污染物去除，可以借助多種方式：其一就是借助吸附以及降解污染物形成小分子物質(zhì)，主要較為適用于去除環(huán)境中的持久性有機(jī)污染物；其二就是通過(guò)將污染物從高價(jià)態(tài)逐步還原至低價(jià)態(tài)，此種方法通常處理具備毒性的高價(jià)態(tài)金屬離子。

4.1石墨烯納米復(fù)合材料去除有機(jī)污染物

石墨烯復(fù)合材料能夠在對(duì)有機(jī)污染物的去除過(guò)程中，產(chǎn)生尤為強(qiáng)大的吸附能力，此種方法主要作用于其本身較為巨大的表面體積，但是石墨烯本身的聚焦，通常也會(huì)對(duì)其吸附能力有所降低，由此需要盡可能的避免石墨烯那么材料層面的聚焦，達(dá)到最大化的吸附能力。磁性石墨烯的合成，則可以有效達(dá)到吸附能力的同時(shí)，克服層面聚焦情況的難題。

4.2石墨烯復(fù)合材料光降解有機(jī)污染物

通過(guò)使用石墨烯納米復(fù)合材料，能夠借助光降解方法有效去除有機(jī)污染物，石墨烯復(fù)合材料的光降解能力，相較單純光降解材料效果明顯有效。石墨烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)其本身的電學(xué)性質(zhì)加以決定，通過(guò)將其中的碳原子sp2的雜化方式，提供了較強(qiáng)的電子轉(zhuǎn)移能力，與此同時(shí)還能夠?qū)⑹┳鳛殡娮邮荏w，更好的增強(qiáng)復(fù)合材料的光催化活性。再者納米顆粒的光催化性能通常會(huì)受到紫外光的響應(yīng)而受限，但是石墨烯納米復(fù)合材料則具備了較高的透明度，因此有效的增強(qiáng)了光能力，對(duì)光頻譜的復(fù)合材料影響范圍加以拓寬。同時(shí)在光催化的過(guò)程中，石墨烯能夠與光催化劑所形成復(fù)合材料，增強(qiáng)對(duì)水體污染物的吸附性能。

4.3石墨烯復(fù)合材料去除重金屬離子

對(duì)于石油污染物中所存在的諸多有毒重金屬離子，在去除過(guò)程中針對(duì)石墨烯納米復(fù)合材料的處理研究相對(duì)較多。由于在世界各地的石油污染物及水體污染物中都較為嚴(yán)重，尤其是在我國(guó)為主的亞洲地區(qū)。通過(guò)將TiO2羥基與石墨烯酸的羧基產(chǎn)生酯化反應(yīng)，通過(guò)將TiO2的納米顆粒依附于石墨烯薄片之上，能夠有效增強(qiáng)整體的復(fù)合材料光催化性能，并且有效降低了Cr離子毒性。通過(guò)借助微博合成系統(tǒng)可以成功植被CdS還原氧化石墨烯，具備較強(qiáng)的光催化還原性能，明顯提升了純CsS的79%。

5結(jié)語(yǔ)

石墨烯納米復(fù)合材料主要是由sp2雜化碳原子所形成的僅僅存在1個(gè)碳原子厚度的二維材料，能夠在運(yùn)用過(guò)程中產(chǎn)生較好的力學(xué)性能，具備優(yōu)良的透明性、導(dǎo)電性。石墨烯基于純凈的石墨中所制，具體的制備方法包括多種。氧化石墨烯則是在石墨烯的基礎(chǔ)之上改良所得，能夠在改性的基礎(chǔ)之上合成眾多石墨烯納米復(fù)合材料，此種復(fù)合材料能夠憑借石墨烯本身巨大的表面積特點(diǎn)，產(chǎn)生超強(qiáng)的污染物吸附能力，以及重金屬離子能力，此種復(fù)合有效增強(qiáng)了物質(zhì)的光催化降解能力?，F(xiàn)階段石墨烯納米復(fù)合材料，更是由于其具備了較為獨(dú)特的理化特性，引發(fā)了更多環(huán)境研究者的廣泛關(guān)注。隨著有關(guān)研究的逐步開(kāi)發(fā)，納米復(fù)合材料在污染物的檢測(cè)去除中起到尤為重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

李家淦（1986.10-），男，講師，研究生學(xué)歷，海洋防污染 。

基金號(hào)：校基金Z201623