人类工业化的进程不断加深，自然环境的自洁速率已经远远赶不上人类各种污染的排放速率，环境污染问题迫在眉睫。由于石墨烯具有比表面积大、吸附性能好、化学活性高等优异性能，使其在环保领域具有非常广阔的应用前景，并得到专家学者们的广泛研究。
石墨烯为什么具有吸附功能？
石墨烯具有超大的比表面积和丰富的孔隙结构，这一点成为其良好吸附性能的基础。氧化石墨烯（MGO）是石墨烯的一种重要衍生物，是通过将浓硫酸或强氧化剂氧化后的石墨剥离而成，氧化石墨烯对污染物的吸附主要依赖于其自身带有的含氧官能团及芳烷基。
氧化石墨烯的机构
1.从亲、疏水性质来说，石墨烯材料对污染物的吸附可以分为亲水吸附和疏水吸附。
氧化石墨烯的含氧官能团主要是“亲水基”更容易和亲水物质发生结合，易于同金属硫化物、金属原子、氧化物等结合形成氧化石墨烯插层复合材料，能够有效吸附去除水中多种有毒有害污染物；而芳烷基主要是“疏水基”更倾向于和疏水物质结合，能够有效吸附油污等污染物。
2.从理化性质来说，石墨烯材料对污染物的吸附可以分为物理吸附和化学吸附。
物理吸附：以分子间作用力为主的吸附，主要包括静电作用、π-π堆叠、疏水作用、氢键和范德华力作用，这几种吸附作用往往相伴产生。
化学吸附：以化学键为主的吸附，例如氧化石墨烯上的氧原子与金属离子发生的络合作用会促进吸附发生。
石墨烯能吸附哪些物质？
研究表明，石墨烯及其复合材料可以吸附重金属离子，染料、抗生素、杀虫剂、原油等。
石墨烯及其复合材料吸附污染物一览表
01
吸附重金属离子
重金属在水中大多以离子形式存在，其中以阳离子形式为主，如铜、锌、钴、镍、铅等，少部分以阴离子形式存在，如铬、砷等。石墨烯材料处理重金属废水主要利用其比表面积大、吸附性能优异的特点，吸附去除重金属离子。
02
吸附有毒气体
吸附法被认为是一种最合理有效的治理空气污染的方法，石墨烯吸附气体分子主要依靠静电吸附作用、色散相互作用、范德华力以及电荷转移来实现。我国科学家发明的“三维石墨烯基口罩”，能够有效去除（干、湿）空气中的粉尘及PM2.5，权威检测部门检测PM2.5过滤效率达99.6%。另外，研究发现RGO/MnO2气凝胶对低浓度甲醛具有较好的去除能力，去除率达62.5%。北京碳世纪科技有限公司利用石墨烯改性活性炭研发了空气净化器去除甲醛，在2小时内对甲醛的吸附率高达97%以上，实现了对甲醛的高效去除。
03
吸附抗生素
利用石墨烯改性二氧化钛制备的复合材料对泰乐菌素进行了吸附研究，结果发现，复合材料对泰乐菌素的吸附容量随着溶液pH值的增加而增加，可能是静电作用、范德华力、氢键、表面络合等共同作用的结果。利用氧化还原法制备的石墨烯对四环素进行吸附实验，结果显示，吸附过程为自发的吸附反应，对四环素的最大吸附量为467.6mg/g。利用氧化石墨烯对土霉素、强力霉素和四环素进行吸附研究，结果发现其饱和吸附量分别为212mg/g、398mg/g和313mg/g。
04
吸附染料
我国是纺织大国，每年都会产生大量的染料废水。这些废水大多较稳定，不易生物降解，可长时间存在，对人体健康和水体生态系统会造成巨大危害。研究结果结果表明，PVA/GO 复合水凝胶材料对亚甲基蓝具有优异的吸附性能，最大吸附量为716mg/g。而APAM/GO复合气凝胶对碱性品红的最大吸附容量达1034.3mg/g，这是材料丰富的多孔结构和多官能团共同作用的结果。
05
吸附油污
石墨烯对油污也有良好的吸附性能。研究人员制备了一种形状可塑多孔且可循环利用的石墨烯海绵，不仅对石油和脂肪有着高效的吸附能力，而且对有毒溶剂甲苯和氯仿的吸附量可达自身重量的86倍，高于传统吸附材料的10倍。
小结三
在过去的十多年中，石墨烯由于具有独特性能，使其在环保领域的应用取得了巨大突破。随着石墨烯制备成本的降低以及相关吸附、光催化机理的深入研究，石墨烯将会越来越多地被应用于水污染处理、海水淡化、饮用水净化、大气污染治理与检测以及环境修复等环保领域，势必会迎来更多的工业化应用和更广阔的市场。
参考资料
1.黄安涛等，《石墨烯在环保领域的应用》；
2.陈赓，《石墨烯的吸附性能在环保中的应用》
