石墨族碳材料在废水处理中的应用

武磊

摘要：石墨因其性能较为稳定且成本较低，因此在各个领域得到了广泛的应用。其是目前工程和工业生产过程中的一种主要材料。本文针对石墨族材料在废水处理当中的主要应用和制备方法等情况进行了相应的介绍，希望能够为石墨材料在废水处理当中的应用提供技术参考，

关键词：石墨毡;膨胀石墨;石墨烯;吸附

石墨是一种重要的工业原料，在能源、制药等领域中得到了广泛的应用。被确定为十四五发展的重点材料。我国是世界最大的石墨生产和消费国。但是在生产过程中，仍主要以低级石墨为主。石墨因其较好的化学稳定性能和导电性，在生产过程中得到了广泛的应用。如石墨毡在制电材料过程中，应用各种物理、化学的手段，能够有效的增加其表面积，使得在生产过程中受到了广泛的使用。同样膨胀石墨作为一种多孔材料，因其使用了非极性有机分子的吸附能力，具有较好的废水处理效果。本文针对多种石墨族材料在废水处理中的应用进行了详细的论述，希望为废水处理技术的进步提供参考。

1石墨毡在废水处理中的应用分析

石墨毡是典型的石墨制品。其通过针刺工艺对全体进行相应的加工，在惰性气体中加热至2000摄氏度以上，然后进行石墨化处理。在2000年第一次出现了石墨毡，应用于降解苯氧乙酸之中。在两个小时的时间内，其矿化率可以达到95%以上。因此，通过电催化作用，在处理废水的过程中具有很强的实用性。另一种主要工艺是通过阴极活化的方法，通过电热等方式改变石墨毡的主要性能，通过增加其表面积，有效的增加含氧团的含量。而阳极活化主要是一种电化学的方式。通过电极的改变，缺陷点也随之增加。通过对比，阴极反应在进行废水处理过程中具有更加明显的优势。同时，非金属装饰也可以对废水处理进行相应的工艺控制，通过扩大表面积，有效的增强其还原H2O2的能力。通过增强其电流和氧化的能力使得其催化活性得以增强。加入相应的改性剂，使之能够在多种水处理环境中得到应用。在石墨毡上负载钴、锰等金属元素，可以增加催化反应的位置和面积，有效的提高其阳极的氧化作用。通过反应使其在催化活化过程中达到废水处理的优良效果。通过以上的分析，我们可知石墨毡作为主要的电极材料，在电化学反应中应用于废水处理过程中，起到了较为突出的作用。石墨毡氢出的电势高，能够很好的进行电子活化。同时，石墨毡成为电芬顿反应的主要使用材料，从吸附和催化的方面增加了其可靠的吸附能力，通过活性的改善增加污水处理的效果。同时，外加的电场可以有效的对碳材料结构损伤加以保护，有效的使其在应用过程中能够延长寿命。

2膨胀石墨在废水处理中的应用

膨胀石墨主要是尺寸几百微米的石墨类材料，在保留石墨传统的化学稳定性强、导热性好的优势下，增加了其表面的面积，同时具有更高的活性，多孔的吸附材料，可以用于油类、染料等废水的处理工艺，是目前一个高级处理工艺的主要材料。

2.1膨胀石墨的制备

膨胀石墨在制备过程中，主要进行电化学反应和高温膨胀的过程，电化学反应是将原子、分子等较小的微粒进入石墨層，然后通过高温膨胀将层间插入气化，形成庞大的膨胀层。这样使其体积能够膨胀到原有的几十倍，增加了其表面积。与普通石墨相比，其平面层的结构具有不均匀性，但层间的性质并没有发生变化，因此其多孔的微距材料能够有效的增加其吸附能力，对于油性水更是具有良好的处理作用。

2.2膨胀石墨在废水处理中的应用

膨胀石墨主要是通过其疏水性和内部相连的大孔与表面产生的孔隙进行水的活化处理，通过吸附的作用，使其比其他材料在吸附油脂等方面更具有良好的优势。同时，通过活性的表面改造，对金属离子的吸附作用更有效的可以应用在其中，这对于重金属含量较高的水分和印染水的处理具有良好的作用。表面可以通过膨胀石墨表观性质的改变与污染物之间的互相作用，提高污染物的去除效率。通常其使用的复合碳材料改变孔结构，可以提高吸附的效率，使之形成膨胀石墨和活性炭的复合型材料。在生产过程中，主要使用分子更小的材料附着其上，使其具有更好的内部结构。膨胀石墨发达的多孔结构对其附着相应的金属离子具有重要的作用。因此，在废水处理的过程中能够起到高效的效果。但是在目前的研究过程中，仍需对其表面的处理和吸附能力进一步提升。一方面可以通过其表面酸性位点来改变处理污染物的总体特性，实现多元化的处理效果。另一方面，可以将含氧团种类的数量进行增加，使之能够附着金属离子，增加内部的孔隙，使处理的效果更加优良。因此，在下一步的发展过程中，膨胀石墨应朝向多孔材质的活性，以内部的孔隙结构发展当中来。

3石墨烯

2004年首次制备出了稳定存在的石墨烯，其二维晶体材料的物理结构和优良的化学性能在石墨类材料发展的过程中得到了广泛的应用。近年来，其在废水处理过程中的吸附和催化等特点，能够有效的应用在工业生产之中。

3.1石墨烯的制备

石墨烯主要在制备过程中，可以从上到下和从下到上。从下到上主要指的通过化学加热的过程，使小分子能够加到石墨烯过程当中。从上到下主要是通过外力克服石墨片层之间的范德华力，将石墨进行相应的剥离。通过氧化，还原超临界流体等相应的方法，获得优良的石墨材料。这两种方法在比较的过程当中，从上到下的方法可以有效的降低其成本，但是在生产石墨烯的质量方面却相对较差。

3.2石墨烯在废水处理中的应用

在废水处理的过程中，可以通过石墨烯的含氧团负载离子等相应的作用，有效的还原氧化石墨烯的材质，提高其吸附的能力。石墨烯是一种氧化高温的的形式，通过高锰酸钾等材料制得，使其进行相应的脱落。在污水处理的过程中，能够有效的实现离子的吸附，增强过滤率。而将如F、N、P等杂原子添加到石墨烯的结构当中可以影响其在电子氯当中的变化，增强其催化活性，有效的增加其在污水处理中的作用。同时，其可以作为有机污染物和重金属的吸附材料，这对于加强污水处理的整体。金属负载石墨烯易于分散和回收，大大增强了催化效率，常用铁、锰等金属材料进行相应的处理。在进行材料复合后，其表现出了良好的催化氧化能力。使之与废水处理过程中的材料有效结合，实现合理的降解。在石墨烯的使用过程中，其主要的结构缺陷位和含氧团等活性点。能够与重金属进行良好的吸附，在吸附催化的过程中形成分解臭氧、过硫酸盐等基本杂质的作用。同时，其电位差可以有效的影响石墨烯上电子的元素位置，通过静电吸附等方面的作用，有效的降解废水污染物。

4结束语

通过以上的论述，我们可知石墨类的碳材料在废水处理领域具有举足轻重的地位。本文介绍了石墨烯、膨胀石墨以及石墨毡等主要材料在废水中的应用，希望能够通过本文的论述，找到适合于目前废水处理的主要生产与处理工艺，为我国提升工业废水的处理效果提供技术参考。在实际应用的方面，石墨毡因其生产成本较低，处理方式较为简单，有效的增加了废水处理活性等优势得到了广泛的应用。膨胀石墨已经大规模的应用在了海洋和石油废水处理当中。而石墨烯属于较新的材料。目前正在加强该材料在废水处理中的研究。同时，随着目前废旧电池的回收利用，石墨材料可以有效的进行回收，用于废水处理等工业化的处理过程。这样可以有效的加强其在资源回收利用方面的作用，为我国环保的快速提升创造良好条件。

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