石墨烯治理污水?算大材小用吗?

2019年6月4-5日,由中国粉体网,江苏省纳米技术产业创新中心联合主办的“2019第二届低维碳纳米材料制备及应用技术高峰论坛”将在苏州举办,届时先进金属材料涂镀国家工程实验室顾宝珊高工将作《石墨烯材料技术治理黑臭水体、富营养化水体与水环境生态修复》报告,为我们详细讲解石墨烯材料治理污水的研究进展。

随着人口不断的增长、工业废水的乱排乱放、城市生活垃圾、农药喷洒等等,造成水污染情况不断加剧,水是生命之源,治理污水迫在眉睫,所以近年来人们开始积极寻找污水处理与利用的方法。

常见的污水处理方法有物理法、化学法和生物法,其中物理吸附以其节能和绿色的特点成为污水处理中最方便和环保的方法。传统的物理吸附剂有:活性炭、活化煤、焦炭、煤渣、树脂、木屑等,但是存在吸附容量小、消耗量大和吸附循环次数少等问题。

石墨烯治理污水?算大材小用吗?

石墨烯拥有比表面积大、强度高、化学稳定性好、可修饰性强以及导电性好等优点,不仅可很好的吸附水中的有机溶剂、重金属等污染物,还可作为催化剂载体,催化水中污染物的降解,因而作为污水处理材料被人们广泛研究。

石墨烯吸附水中的有机物

石墨烯材料可以用来吸附水中有机污染物,例如有机染料、烃类、原油、农药和一些天然有机物质。刘兆平教授利用甲酰胺作为驱动剂,通过普通加热的方式制备具有纳米卷结构的氮掺杂三维石墨烯材料。去除亚甲基蓝和罗丹明B的去除效率分别达到了96.8%和94.6%。氮掺杂所带来的螺旋通道是使有机物可以连续高效率的扩散到石墨烯内层的关键。

石墨烯在治理重金属污染中的作用

不加限制的科技发展对环境造成了极大破坏,如电子废弃产品的不当处理对水体造成了重金属污染。而石墨烯由于具有超大比表面积,其在吸附剂领域具有很大应用潜力。由于石墨烯表面活性官能团较少,因此许多研究者针对石墨烯进行修饰和改性后,将其应用于重金属的吸附,取得了较好的吸附效果,甚至可以实现多种重金属离子的同时吸附去除。

与石墨烯相比,GO由于具有更多含氧官能团,亲水性强,因此更容易被修饰,也使其更易与金属形成络合物,因此更有利于水中重金属的吸附。除了对重金属具有好的吸附性,GO对放射性元素铀(VI)也具有很好的吸附性。

石墨烯作为催化剂载体降解污染物

石墨烯巨大的比表面积和表面丰富的官能团赋予其优异的特性,使其作为催化剂载体等方面具有较大的潜力。研究表明,以石墨烯为载体制备的二氧化钛/石墨烯光催化剂在紫外光下降解罗丹明B和亚甲基蓝的速率较纯TiO2有明显提高。金属氧化物/石墨烯复合材料则具有非常好的光催化效率,可催化降解有机物、还原重金属阳离子以及净化水。

石墨烯催化剂还可以杀死污水中的细菌。石墨烯和氧化钨纳米复合材料表现出良好的光催化杀灭噬菌体的特性。TiO2/石墨烯复合材料催化剂在光照下也表现出对线虫和大肠杆菌的毒副作用。

国内外石墨烯污水净化技术专利申请趋势

通过专利申请趋势分析,可以揭示石墨烯污水净化技术领域的历年专利申请及技术研发情况,从而掌握其技术发展趋势及全局动态。对检索到的国内外石墨烯污水净化技术领域的专利按每年的专利申请量进行统计和拟合预测,结果如图所示。

石墨烯治理污水?算大材小用吗?

国内外石墨烯污水净化技术专利申请趋势分布图

由上图可以看出,从2010年开始,石墨烯污水净化技术进入发展期,专利申请数量开始逐年上升。而我国从2008年开始实施国家层面的知识产权战略,各级政府部门通过制定各项措施积极鼓励专利申请,在全球石墨烯污水净化技术大发展的趋势下,中国石墨烯污水净化技术也获得了突飞猛进的发展。自2010年以来中国每年的专利申请量基本呈直线型增长,其增长速度远远高于国外其他国家。

2019年6月4-5日,由中国粉体网,江苏省纳米技术产业创新中心联合主办的“2019第二届低维碳纳米材料制备及应用技术高峰论坛”将在苏州举办,届时先进金属材料涂镀国家工程实验室顾宝珊高工将作《石墨烯材料技术治理黑臭水体、富营养化水体与水环境生态修复》报告,为我们详细讲解石墨烯材料治理污水的研究进展。

顾宝珊高工简介

教授级高级工程师,工学博士。现任中国钢研科技集团有限公司先进金属材料涂镀国家工程实验室副主任、新冶高科技集团有限公司副总工程师;兼任北京腐蚀与防腐学会理事长和中国腐蚀与防护学会耐蚀金属材料专业委员会副主任委员兼秘书长。作为课题负责人承担国家攻关项目、自然科学基金、军工以及其它基金项目等十多项,同时参与十多项课题的工作。负责的科研项目获得省部科技进步奖一等、二等、三等多项。获得国家专利六项;在国内外中英文核心期刊和国际会议发表论文六十多篇,译著一部,专著一部,参加编著三部。参加编制和修订国家与行业标准多项。正在研究方向:(1)石墨烯纳米材料制以及备在表面、环境结合生物医学领域的应用;(2)金属材料新型防护技术,材料表面转化膜、功能涂镀层及耐蚀金属材料研究与开发。

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参考来源:

蔡亭伟.三维石墨烯材料在污水处理中的研究进展

路宜.石墨烯在污水处理中的应用及市场分析

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