工業(yè)化進(jìn)程的加速，導(dǎo)致工業(yè)廢水排放量噌噌上漲，本就讓末端的水處理行業(yè)壓力與日俱增。
往往這些工業(yè)廢水中還帶有復(fù)雜的芳環(huán)結(jié)構(gòu)或重金屬離子，傳統(tǒng)水處理工藝難以對其做到完全的分解、去除。
污水處理企業(yè)：屋漏偏逢連夜雨吶～
于是，行業(yè)內(nèi)默默開啟一陣內(nèi)卷，紛紛尋找起去除率更高、處理污水能力更強(qiáng)的新工藝、新材料。
石墨烯，就是得到大家一致認(rèn)可的新材料之一，也被笑稱為“21世紀(jì)最有能力輕松攻克工業(yè)廢水處理”的熱門材料。
印度科學(xué)博士Ramavatar Meena曾說過，將石墨烯類復(fù)合物和反滲透結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對染料、紡織類高濃度工業(yè)廢水的高效處理。
什么是石墨烯？
石墨烯，大家可能有種“熟悉的陌生感”，那少一個(gè)字，石墨，相信大家肯定就都認(rèn)識了。
沒錯(cuò)，就是鉛筆芯，它就是由一層層石墨烯堆疊起來的。
有個(gè)量化的說法，用鉛筆輕劃過紙面，留下的痕跡可能就是好幾層的石墨烯。
薄，是真的薄。它是目前世界上厚度最薄的納米材料，一層厚度僅有0.335納米。
硬，也是目前世界之最，比鋼（鐵般的意志）的強(qiáng)度還高上百倍。
石墨烯：好歹和鉆石師出同門。
除此之外，它的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、拉伸性、散熱性也擔(dān)當(dāng)?shù)闷稹白睢币蛔帧?/span>
正是擁有如此多“最”性能，如此有排面的石墨烯，卻長了一張普通的“足球網(wǎng)”臉面。
碳原子以sp2雜化軌道緊密排列，組成呈蜂巢狀的六邊形晶格，無數(shù)個(gè)六邊形晶格無縫連接，就構(gòu)成只有一個(gè)碳原子厚度的二維純碳材料，也就是單層石墨烯。
看到這里，有的水處理人嚷嚷起來：就這“足球網(wǎng)”，用來處理復(fù)雜的工業(yè)廢水？
石墨烯是怎么進(jìn)行工業(yè)廢水處理的？
首先，石墨烯擁有超大的比表面積（理想石墨烯具有高達(dá)2600 m2/g的比表面積），這就很好奠定了它良好吸附性能的基礎(chǔ)。
為什么這里之淮說的是奠定，而不是具有良好吸附性能？大家繼續(xù)看下去。
因?yàn)椋瑔我皇┊吘箘輪瘟Ρ?，能做的不多?/span>
水友A：它表面呈惰性，難溶于水和溶劑，傲氣得很。
水友B：它表面沒有沒有活性基團(tuán)，吸附單純靠自身的范德華力和疏水相互作用，作用太弱，吸附平衡過久；
水友C：它還極易發(fā)生團(tuán)聚，使得原本就弱的吸附能力，更下一層樓；
石墨烯：我完美解釋了什么叫“家大業(yè)不大”、“中看不中用”。
為了解決石墨烯的“硬傷”，讓它早日“挺直腰桿做人”，研究人員也是在廢寢忘食、夜以繼日的探索和研究。
終于，石墨烯的衍生物和復(fù)合材料成功面世。
它們不僅強(qiáng)化了石墨烯的吸附能力，還順帶挖掘了它協(xié)同光催化材料增強(qiáng)廢水處理效果的作用。
石墨烯：就是這么不鳴則已一鳴驚人！基礎(chǔ)在那里了，別羨慕，你們學(xué)不來~
氧化石墨烯 -- 超強(qiáng)吸附作用
氧化石墨烯就是其中較為成熟的一種石墨烯衍生物。
作為石墨烯的“進(jìn)化體”，氧化石墨烯既完美繼承了石墨烯該有的一切特性，又讓其表面帶上了強(qiáng)化吸附的利器：含氧官能團(tuán)。
這些含氧官能團(tuán)主要是一些“親水基”，如-COOH、-OH等。它們使氧化石墨烯帶上了良好的親水性，既易溶于水，又能與親水性物質(zhì)穩(wěn)固地結(jié)合形成復(fù)合物，從而對工業(yè)廢水中的重金屬離子和有機(jī)污染物有較好的吸附作用。
①對重金屬離子的吸附
氧化石墨烯對重金屬離子的吸附，主要通過靜電作用和絡(luò)合反應(yīng)。
重金屬在水中大多以陽離子形式存在，而含氧官能團(tuán)一般帶負(fù)電荷，通過靜電作用，這部分陽離子重金屬能夠得到較好的吸附去除。
其中，一些多價(jià)金屬離子更容易和含氧官能團(tuán)發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，通過離子交換，達(dá)到去除目的。
有關(guān)研究表明，氧化石墨烯對水體中鉛的吸附量是活性炭的10倍，其對汞的去除能力比其他吸附劑高 5倍。
②對有機(jī)污染物的吸附
氧化石墨烯對廢水中的陽離子染料、芳香族化合物及高分子有機(jī)物等有機(jī)污染物具有較強(qiáng)的吸附作用，主要通過靜電作用和π-π交互作用。
含氧基團(tuán)使氧化石墨烯表面帶負(fù)電，通過靜電作用，能夠強(qiáng)有力的吸附廢水中的陽離子污染物。
而廢水中的芳香族化合物則會和π-π鍵相互作用，發(fā)生有效吸附。
石墨烯類復(fù)合材料 -- 協(xié)同光催化材料提高水處理效率
眾所周知，光催化反應(yīng)作為一種環(huán)境友好型水處理技術(shù)，深受大眾喜愛。
其作用原理簡單來說就是，利用光來激發(fā)半導(dǎo)體催化劑，引起氧化還原反應(yīng)，從而氧化分解廢水中的污染物。
這一過程說起來還挺復(fù)雜，歸納一下就是涉及：電荷分離。只要保證了電荷分離的快和穩(wěn)，這光催化反應(yīng)效率就直線上升了。
而石墨烯類復(fù)合材料因其雜化方式的特別，恰好就具備了較高的電子傳輸性能，可以實(shí)現(xiàn)快速的電子轉(zhuǎn)移，降低光生載流子的復(fù)合。
眾人：天下武功，唯快不破啊~
其與光催化材料結(jié)合，就能大大提高催化效率，達(dá)到協(xié)同處理廢水污染物的目的。
被大家稱為“21世紀(jì)最佳光催化材料”的二氧化鈦，本身已經(jīng)具備很好的光催化能力。但經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對比，二氧化鈦/氧化石墨烯復(fù)合物又進(jìn)一步提高了光催化能力，增強(qiáng)了對有機(jī)染料的光降解效果。
眾人：雙......雙......雙21世紀(jì)之光？！
另外，石墨烯類復(fù)合材料具備的巨大比表面積和薄到透明度極高的優(yōu)勢，還能夠拓寬材料的光譜影響范圍，提高利用光能的能力，更深一步在光催化過程中提高材料的吸附性能，實(shí)現(xiàn)廢水潔凈。
目前石墨烯光催化應(yīng)用這一點(diǎn)，已在城市黑臭水體治理中得到了較好的實(shí)踐效果。
看到這里，有人要問了：說了那么多優(yōu)點(diǎn)，為什么現(xiàn)在石墨烯在工業(yè)廢水處理市場還沒有鋪張開來？
眾人：好像生活污水處理市場也沒完全鋪開來啊。
石墨烯市場化應(yīng)用難點(diǎn)
這個(gè)問題不難回答。
新材料行業(yè)通常有“三高三長”的特點(diǎn)：難度高、投入高、門檻高，研發(fā)周期長、驗(yàn)證周期長、應(yīng)用周期長。
任何一種新材料從研發(fā)、面世、試驗(yàn)，到投產(chǎn)、推廣、應(yīng)用，都是一個(gè)漫長且無知的磨合過程。
石墨烯盡管有這么多優(yōu)點(diǎn)值得應(yīng)用，卻抵不過它目前的困境：無法高效率、規(guī)模化制備。這也使得下游材料企業(yè)市場對它不太認(rèn)可。
需要大量實(shí)際應(yīng)用案例來驗(yàn)證石墨烯的功能，又缺少資金投入來制備大量石墨烯，這說到底還是錢的事情。
如何穩(wěn)定、高校、量產(chǎn)石墨烯及其衍生物和復(fù)合材料，用以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，將會是未來很長一段時(shí)間科研人員的重點(diǎn)研究課題。
對于水處理行業(yè)來說，一旦進(jìn)行投產(chǎn)，我相信石墨烯的實(shí)際應(yīng)用能力會比現(xiàn)在的多數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加出彩。
畢竟，是騾子是馬，要拉出來溜溜才知道～
最后，之淮大膽猜想一下，距離實(shí)現(xiàn)“復(fù)雜工業(yè)廢水處理起來沒什么難度”，應(yīng)該不會太遠(yuǎn)了。
