石墨族碳材料在廢水處理中的應(yīng)用

武磊

摘要：石墨因其性能較為穩(wěn)定且成本較低，因此在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其是目前工程和工業(yè)生產(chǎn)過程中的一種主要材料。本文針對(duì)石墨族材料在廢水處理當(dāng)中的主要應(yīng)用和制備方法等情況進(jìn)行了相應(yīng)的介紹，希望能夠?yàn)槭牧显趶U水處理當(dāng)中的應(yīng)用提供技術(shù)參考，

關(guān)鍵詞：石墨氈;膨脹石墨;石墨烯;吸附

石墨是一種重要的工業(yè)原料，在能源、制藥等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。被確定為十四五發(fā)展的重點(diǎn)材料。我國是世界最大的石墨生產(chǎn)和消費(fèi)國。但是在生產(chǎn)過程中，仍主要以低級(jí)石墨為主。石墨因其較好的化學(xué)穩(wěn)定性能和導(dǎo)電性，在生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。如石墨氈在制電材料過程中，應(yīng)用各種物理、化學(xué)的手段，能夠有效的增加其表面積，使得在生產(chǎn)過程中受到了廣泛的使用。同樣膨脹石墨作為一種多孔材料，因其使用了非極性有機(jī)分子的吸附能力，具有較好的廢水處理效果。本文針對(duì)多種石墨族材料在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的論述，希望為廢水處理技術(shù)的進(jìn)步提供參考。

1石墨氈在廢水處理中的應(yīng)用分析

石墨氈是典型的石墨制品。其通過針刺工藝對(duì)全體進(jìn)行相應(yīng)的加工，在惰性氣體中加熱至2000攝氏度以上，然后進(jìn)行石墨化處理。在2000年第一次出現(xiàn)了石墨氈，應(yīng)用于降解苯氧乙酸之中。在兩個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，其礦化率可以達(dá)到95%以上。因此，通過電催化作用，在處理廢水的過程中具有很強(qiáng)的實(shí)用性。另一種主要工藝是通過陰極活化的方法，通過電熱等方式改變石墨氈的主要性能，通過增加其表面積，有效的增加含氧團(tuán)的含量。而陽極活化主要是一種電化學(xué)的方式。通過電極的改變，缺陷點(diǎn)也隨之增加。通過對(duì)比，陰極反應(yīng)在進(jìn)行廢水處理過程中具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，非金屬裝飾也可以對(duì)廢水處理進(jìn)行相應(yīng)的工藝控制，通過擴(kuò)大表面積，有效的增強(qiáng)其還原H2O2的能力。通過增強(qiáng)其電流和氧化的能力使得其催化活性得以增強(qiáng)。加入相應(yīng)的改性劑，使之能夠在多種水處理環(huán)境中得到應(yīng)用。在石墨氈上負(fù)載鈷、錳等金屬元素，可以增加催化反應(yīng)的位置和面積，有效的提高其陽極的氧化作用。通過反應(yīng)使其在催化活化過程中達(dá)到廢水處理的優(yōu)良效果。通過以上的分析，我們可知石墨氈作為主要的電極材料，在電化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)用于廢水處理過程中，起到了較為突出的作用。石墨氈氫出的電勢(shì)高，能夠很好的進(jìn)行電子活化。同時(shí)，石墨氈成為電芬頓反應(yīng)的主要使用材料，從吸附和催化的方面增加了其可靠的吸附能力，通過活性的改善增加污水處理的效果。同時(shí)，外加的電場(chǎng)可以有效的對(duì)碳材料結(jié)構(gòu)損傷加以保護(hù)，有效的使其在應(yīng)用過程中能夠延長壽命。

2膨脹石墨在廢水處理中的應(yīng)用

膨脹石墨主要是尺寸幾百微米的石墨類材料，在保留石墨傳統(tǒng)的化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、導(dǎo)熱性好的優(yōu)勢(shì)下，增加了其表面的面積，同時(shí)具有更高的活性，多孔的吸附材料，可以用于油類、染料等廢水的處理工藝，是目前一個(gè)高級(jí)處理工藝的主要材料。

2.1膨脹石墨的制備

膨脹石墨在制備過程中，主要進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)和高溫膨脹的過程，電化學(xué)反應(yīng)是將原子、分子等較小的微粒進(jìn)入石墨層，然后通過高溫膨脹將層間插入氣化，形成龐大的膨脹層。這樣使其體積能夠膨脹到原有的幾十倍，增加了其表面積。與普通石墨相比，其平面層的結(jié)構(gòu)具有不均勻性，但層間的性質(zhì)并沒有發(fā)生變化，因此其多孔的微距材料能夠有效的增加其吸附能力，對(duì)于油性水更是具有良好的處理作用。

2.2膨脹石墨在廢水處理中的應(yīng)用

膨脹石墨主要是通過其疏水性和內(nèi)部相連的大孔與表面產(chǎn)生的孔隙進(jìn)行水的活化處理，通過吸附的作用，使其比其他材料在吸附油脂等方面更具有良好的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，通過活性的表面改造，對(duì)金屬離子的吸附作用更有效的可以應(yīng)用在其中，這對(duì)于重金屬含量較高的水分和印染水的處理具有良好的作用。表面可以通過膨脹石墨表觀性質(zhì)的改變與污染物之間的互相作用，提高污染物的去除效率。通常其使用的復(fù)合碳材料改變孔結(jié)構(gòu)，可以提高吸附的效率，使之形成膨脹石墨和活性炭的復(fù)合型材料。在生產(chǎn)過程中，主要使用分子更小的材料附著其上，使其具有更好的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。膨脹石墨發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)對(duì)其附著相應(yīng)的金屬離子具有重要的作用。因此，在廢水處理的過程中能夠起到高效的效果。但是在目前的研究過程中，仍需對(duì)其表面的處理和吸附能力進(jìn)一步提升。一方面可以通過其表面酸性位點(diǎn)來改變處理污染物的總體特性，實(shí)現(xiàn)多元化的處理效果。另一方面，可以將含氧團(tuán)種類的數(shù)量進(jìn)行增加，使之能夠附著金屬離子，增加內(nèi)部的孔隙，使處理的效果更加優(yōu)良。因此，在下一步的發(fā)展過程中，膨脹石墨應(yīng)朝向多孔材質(zhì)的活性，以內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)展當(dāng)中來。

3石墨烯

2004年首次制備出了穩(wěn)定存在的石墨烯，其二維晶體材料的物理結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的化學(xué)性能在石墨類材料發(fā)展的過程中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，其在廢水處理過程中的吸附和催化等特點(diǎn)，能夠有效的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)之中。

3.1石墨烯的制備

石墨烯主要在制備過程中，可以從上到下和從下到上。從下到上主要指的通過化學(xué)加熱的過程，使小分子能夠加到石墨烯過程當(dāng)中。從上到下主要是通過外力克服石墨片層之間的范德華力，將石墨進(jìn)行相應(yīng)的剝離。通過氧化，還原超臨界流體等相應(yīng)的方法，獲得優(yōu)良的石墨材料。這兩種方法在比較的過程當(dāng)中，從上到下的方法可以有效的降低其成本，但是在生產(chǎn)石墨烯的質(zhì)量方面卻相對(duì)較差。

3.2石墨烯在廢水處理中的應(yīng)用

在廢水處理的過程中，可以通過石墨烯的含氧團(tuán)負(fù)載離子等相應(yīng)的作用，有效的還原氧化石墨烯的材質(zhì)，提高其吸附的能力。石墨烯是一種氧化高溫的的形式，通過高錳酸鉀等材料制得，使其進(jìn)行相應(yīng)的脫落。在污水處理的過程中，能夠有效的實(shí)現(xiàn)離子的吸附，增強(qiáng)過濾率。而將如F、N、P等雜原子添加到石墨烯的結(jié)構(gòu)當(dāng)中可以影響其在電子氯當(dāng)中的變化，增強(qiáng)其催化活性，有效的增加其在污水處理中的作用。同時(shí)，其可以作為有機(jī)污染物和重金屬的吸附材料，這對(duì)于加強(qiáng)污水處理的整體。金屬負(fù)載石墨烯易于分散和回收，大大增強(qiáng)了催化效率，常用鐵、錳等金屬材料進(jìn)行相應(yīng)的處理。在進(jìn)行材料復(fù)合后，其表現(xiàn)出了良好的催化氧化能力。使之與廢水處理過程中的材料有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)合理的降解。在石墨烯的使用過程中，其主要的結(jié)構(gòu)缺陷位和含氧團(tuán)等活性點(diǎn)。能夠與重金屬進(jìn)行良好的吸附，在吸附催化的過程中形成分解臭氧、過硫酸鹽等基本雜質(zhì)的作用。同時(shí)，其電位差可以有效的影響石墨烯上電子的元素位置，通過靜電吸附等方面的作用，有效的降解廢水污染物。

4結(jié)束語

通過以上的論述，我們可知石墨類的碳材料在廢水處理領(lǐng)域具有舉足輕重的地位。本文介紹了石墨烯、膨脹石墨以及石墨氈等主要材料在廢水中的應(yīng)用，希望能夠通過本文的論述，找到適合于目前廢水處理的主要生產(chǎn)與處理工藝，為我國提升工業(yè)廢水的處理效果提供技術(shù)參考。在實(shí)際應(yīng)用的方面，石墨氈因其生產(chǎn)成本較低，處理方式較為簡(jiǎn)單，有效的增加了廢水處理活性等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用。膨脹石墨已經(jīng)大規(guī)模的應(yīng)用在了海洋和石油廢水處理當(dāng)中。而石墨烯屬于較新的材料。目前正在加強(qiáng)該材料在廢水處理中的研究。同時(shí)，隨著目前廢舊電池的回收利用，石墨材料可以有效的進(jìn)行回收，用于廢水處理等工業(yè)化的處理過程。這樣可以有效的加強(qiáng)其在資源回收利用方面的作用，為我國環(huán)保的快速提升創(chuàng)造良好條件。

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