近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所環(huán)境與能源納米材料中心在重金屬污染物治理領(lǐng)域的研究取得新進(jìn)展，成功制備出了三維石墨烯/二氧化錳復(fù)合氣凝膠材料，該材料對(duì)重金屬有很好的去除性能。
目前治理重金屬污染的方法有很多，其中吸附法因簡(jiǎn)單、高效、污染小等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前景的處理方法。傳統(tǒng)的吸附劑材料都存在吸附量低、易團(tuán)聚、極易產(chǎn)生二次污染、分離困難和循環(huán)性能差等瓶頸問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，固體所環(huán)境與能源納米材料中心研究團(tuán)隊(duì)以石墨烯材料為原料，制備出三維石墨烯氣凝膠材料，然后以該材料為模板沉積二氧化錳，制備出三維石墨烯/二氧化錳復(fù)合氣凝膠材料，其中二氧化錳呈薄片狀，均勻地分布在石墨烯的表面。所獲得的石墨烯/二氧化錳復(fù)合氣凝膠能高效地去除污染水體中的Cu(II)、Cd(II)和Pb(II)離子等，其吸附動(dòng)力學(xué)符合準(zhǔn)二級(jí)模型，吸附等溫線符合Langmuir模型，相應(yīng)的飽和吸附量分別為228.46、250.31和643.62 mg/g。這種材料增強(qiáng)的吸附性能，主要來(lái)源于三維石墨烯/二氧化錳復(fù)合氣凝膠中大量的含氧官能團(tuán)對(duì)重金屬離子的絡(luò)合，以及層狀二氧化錳與重金屬離子的離子交換作用。此外，該氣凝膠材料還具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)8次吸-脫附實(shí)驗(yàn)后，其吸附效率仍可達(dá)到初始吸附容量的98%。因此，三維石墨烯/二氧化錳復(fù)合氣凝膠材料的設(shè)計(jì)合成為重金屬污染物的治理提供了嶄新的思路和技術(shù)支撐。
該研究工作得到“973”項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4, 1970–1979。
圖1. (a) 、(b) 三維石墨烯氣溶膠的照片；(c) 、(d) 三維石墨烯/二氧化錳復(fù)合氣溶膠的掃描與透射電鏡照片（藍(lán)色代表石墨烯片、紅色代表二氧化錳）
圖2. 三維石墨烯/二氧化錳復(fù)合氣溶膠對(duì)重金屬離子的吸附示意圖
