石墨烯是一種新型二維碳材料，由碳原子以sp2雜化軌道組成六角形呈蜂窩狀晶格的平面結構，具有非常大的理論比表面積，其表面存在大量的環氧基團、羥基、羧基等含氧官能團，具有吸附容量大、吸附迅速等特點。

石墨烯之所以具備吸附功能，是因為其具有超大的比表面積和豐富的孔隙結構，這一點成為其良好吸附性能的基礎。氧化石墨烯（MGO）是石墨烯的一種重要衍生物，是通過將濃硫酸或強氧化劑氧化后的石墨剝離而成，氧化石墨烯對污染物的吸附主要依賴于其自身帶有的含氧官能團及芳烷基。

石墨烯材料對污染物的吸附可以分為親水吸附和疏水吸附。

氧化石墨烯的含氧官能團主要是“親水基”更容易和親水物質發生結合，易于同金屬硫化物、金屬原子、氧化物等結合形成氧化石墨烯插層復合材料，能夠有效吸附去除水中多種有毒有害污染物；而芳烷基主要是“疏水基”更傾向于和疏水物質結合，能夠有效吸附油污等污染物。

氧化石墨烯

但是，石墨烯材料也有一些自身不能克服的缺點，如易團聚，導致表面官能團減少，從而吸附效果與吸附選擇性較差，使用后不易于從溶液中分離出來，大量的研究報道了使用含功能基團，如氨基、羥基、羧基的化合物來改性石墨烯，這些活性基團對重金屬離子具有很強的配位絡合作用，可以減少石墨烯團聚現象的發生，增加其吸附容量及吸附選擇性，采用磁性材料改性石墨烯，也受到了廣泛關注，改性后的材料既可高效快速地去除重金屬，又可通過外部磁場作用將其從溶液中分離回收。

那么石墨烯及其復合材料可以吸附哪些物質呢？

（1）吸附重金屬離子

重金屬在水中大多以離子形式存在，石墨烯材料處理重金屬廢水主要利用其比表面積大、吸附性能優異的特點，吸附去除重金屬離子。

（2）吸附有毒氣體

石墨烯屬于碳原子的一部分，吸附氣體分子主要依靠靜電吸附作用、色散相互作用、范德華力以及電荷轉移來實現。

（3）吸附抗生素

利用石墨烯改性二氧化鈦制備的復合材料對泰樂菌素進行了吸附研究，結果發現，復合材料對泰樂菌素的吸附容量隨著溶液pH值的增加而增加，可能是靜電作用、范德華力、氫鍵、表面絡合等共同作用的結果。

（4）吸附染料

石墨烯復合材料豐富的多孔結構和多官能團對吸附染料有著關鍵作用，研究結果表明，石墨烯復合材料對亞甲基藍具有優異的吸附性能，而且對堿性品紅更能發揮出最大的吸附性能。

（5）吸附油污

石墨烯對油污也有良好的吸附性能。研究人員制備了一種形狀可塑多孔且可循環利用的石墨烯海綿，不僅對石油和脂肪有著高效的吸附能力，而且對有毒溶劑甲苯和氯仿的吸附量可達自身重量的86倍，高于傳統吸附材料的10倍。

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