纳米复合材料在水污染检测中的应用

李家淦 张少君 王明雨

摘 要：海洋经济不断为我国经济发展提供动力支持的同时，海洋环境污染问题的解决也迫在眉睫。我国对水污染防治法中对"水污染"下了较为明确的定义，即为水体中由于某种物质的接入，从而致使化学、物理、生物以及多种放射性特征变化，因而对水体的有效作用加以改变，对人体的健康及生态环境造成破坏，此种致使水质恶化的情况简称水污染。本次研究针对在水体污染物中，如何将纳米复合材料应用其中监测水体中的污染物，并且加以去除，旨在为水污染防治工作的开展，提供可参考依据。

关键词：纳米；复合材料；污染物检测；去除

1引言

在近些年来的社会发展中，水环境保护问题始终是人类所关心的重要问题。当前工农业的发展速率不断加快，环境问题更是逐步凸显，同时随着人们对所处的环境质量要求不断提升，如何检测和去除水体中的污染物成为水环境保护的关键[1]。石墨烯类碳材料及其复合物在水处理领域应用，以及与其他功能性化合物复合，来增强材料在吸附、静电作用、磁性、电子传递及还原等方面的能力，为检测、去除水中的污染物提供新方法[2-4]。

2石墨烯纳米复合材料基本特性

石墨烯是一种仅仅存在1个碳原子厚度的二维纳米材料，具备了独特性的理化功能，97%的透明度、较优的柔韧性及机械化强度，以及良好的导电性能[5]。究其原因主要由于石墨烯的每一个碳原子都通过借助sp2的杂化方法，在σ键及其他的3个原子之间相连，从而構造了一个六边形晶格。剩余的未成键π电子则能够垂直于六边形平面，从而形成大π键。在纳米复合材料中的电子运动速率达到了光速的三百分之一，对电子在普通导体中的运动速率远远超出。处于室温下的平面上电子的整体迁移率达到了200000cm2（V.S），将其赋予了较为优良的导电特性。诸如上述特点均能够将石墨烯纳米复合材料，更好的应用于污染物的检测及去除中。

3 石墨烯纳米复合材料的合成应用方法

3.1原位聚合法

在石墨烯纳米复合材料运用原位聚合法的过程中，首先应当将经Hummer法所制成的氧化石墨烯[6]，能够分散于液体中，进而加入既定量的引发剂，可以在辐射或者加热作用下，引发剂引发了聚合反应。通过借助此种方法在有关研究中，合成了石墨烯/环氧树脂复合材料，能够显著的应用于电磁干扰方面。并且此种方法在应用于有机染料的去除中，也同样取得了显著的污染物吸附去除效果。

3.2溶液共混聚合法

此种方法在应用过程中通常是将溶液体系作为生成基础，在此种溶液体系中，包含了所需要溶解的聚合物，或者预聚合物以及膨胀的石墨烯。在石墨烯纳米复合材料或者改性过后的复合材料，较为容易在水、氯仿、丙酮等溶剂中分散，之后聚合物会依附于石墨烯上，石墨烯的片材就会重新组装，聚合物便会在片材上形成纳米复合材料。此种方法能够合成以环氧树脂作为基础性的纳米材料，补偿聚合物链的逐步减少，需要借助大量的溶剂分子基于填料中解吸得出。此种方法通常能够合成无极性或者低级性的纳米复合材料，但是通常此种残余的溶剂往往较不容易被清除，会损坏复合材料的性能。

4石墨烯纳米复合材料应用于污染物检测及处理

通过将石墨烯复合材料对水体中的污染物去除，可以借助多种方式：其一就是借助吸附以及降解污染物形成小分子物质，主要较为适用于去除环境中的持久性有机污染物；其二就是通过将污染物从高价态逐步还原至低价态，此种方法通常处理具备毒性的高价态金属离子。

4.1石墨烯纳米复合材料去除有机污染物

石墨烯复合材料能够在对有机污染物的去除过程中，产生尤为强大的吸附能力，此种方法主要作用于其本身较为巨大的表面体积，但是石墨烯本身的聚焦，通常也会对其吸附能力有所降低，由此需要尽可能的避免石墨烯那么材料层面的聚焦，达到最大化的吸附能力。磁性石墨烯的合成，则可以有效达到吸附能力的同时，克服层面聚焦情况的难题。

4.2石墨烯复合材料光降解有机污染物

通过使用石墨烯纳米复合材料，能够借助光降解方法有效去除有机污染物，石墨烯复合材料的光降解能力，相较单纯光降解材料效果明显有效。石墨烯的化学结构对其本身的电学性质加以决定，通过将其中的碳原子sp2的杂化方式，提供了较强的电子转移能力，与此同时还能够将石墨烯作为电子受体，更好的增强复合材料的光催化活性。再者纳米颗粒的光催化性能通常会受到紫外光的响应而受限，但是石墨烯纳米复合材料则具备了较高的透明度，因此有效的增强了光能力，对光频谱的复合材料影响范围加以拓宽。同时在光催化的过程中，石墨烯能够与光催化剂所形成复合材料，增强对水体污染物的吸附性能。

4.3石墨烯复合材料去除重金属离子

对于石油污染物中所存在的诸多有毒重金属离子，在去除过程中针对石墨烯纳米复合材料的处理研究相对较多。由于在世界各地的石油污染物及水体污染物中都较为严重，尤其是在我国为主的亚洲地区。通过将TiO2羟基与石墨烯酸的羧基产生酯化反应，通过将TiO2的纳米颗粒依附于石墨烯薄片之上，能够有效增强整体的复合材料光催化性能，并且有效降低了Cr离子毒性。通过借助微博合成系统可以成功植被CdS还原氧化石墨烯，具备较强的光催化还原性能，明显提升了纯CsS的79%。

5结语

石墨烯纳米复合材料主要是由sp2杂化碳原子所形成的仅仅存在1个碳原子厚度的二维材料，能够在运用过程中产生较好的力学性能，具备优良的透明性、导电性。石墨烯基于纯净的石墨中所制，具体的制备方法包括多种。氧化石墨烯则是在石墨烯的基础之上改良所得，能够在改性的基础之上合成众多石墨烯纳米复合材料，此种复合材料能够凭借石墨烯本身巨大的表面积特点，产生超强的污染物吸附能力，以及重金属离子能力，此种复合有效增强了物质的光催化降解能力。现阶段石墨烯纳米复合材料，更是由于其具备了较为独特的理化特性，引发了更多环境研究者的广泛关注。随着有关研究的逐步开发，纳米复合材料在污染物的检测去除中起到尤为重要的作用。

参考文献：

[1]刘彦静，曾小兵，代朝猛等.石墨烯纳米复合材料在水处理中的应用研究进展[J].材料导报，2013，27（7）：127-130.

[2]周耀渝.基于多孔碳材料的水体污染物检测及去除新方法研究[D].湖南大学，2016，3.

[3]孔丽蓉.功能纳米复合材料的制备与性质研究[D].吉林大学，2012，5.

[4]宋英攀，冯苗，詹红兵.石墨烯纳米复合材料在电化学生物传感器中的应用[J].化学进展， 2012，24（9）：1665-1673.

[5]阮长平，艾可龙，逯乐慧等.耐酸性的磁性纳米复合材料去除水中有机污染物[J].分析化学，2016，44（2）：224-231.

[6]陈楷航，韩国程，王小英，等.壳聚糖基无机纳米复合材料的绿色构建及其对食品污染物的痕量检测[C]// 中国食品科学技术学会中美食品业高层论坛.2015.

作者简介：

李家淦（1986.10-），男，讲师，研究生学历，海洋防污染 。

基金号：校基金Z201623