氧化石墨烯治理重金属污染
“中国人的身体就是一张元素周期表！”
这一调侃虽未免夸张，却形象地表达了国人对重金属污染的担忧。2005年珠江支流北江镉污染、2006年湖南岳阳砷污染、2010年福建紫金矿业重大污染、2012年广西河池市镉污染……令人触目惊心的重大水资源污染事件敲响了水资源保护的警钟，重金属污染土壤问题也给我们的粮食安全生产提出了严肃的课题，也对有效治理水资源的重金属污染提出了更高的标准。
目前，处理水资源中重金属的常用材料是活性炭、沸石和交换树脂等，而成本较低的活性炭和沸石吸附能力差，吸附能力强的树脂和碳纤维价格昂贵。
吸附力：活性炭的十几倍
作为从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，石墨烯实际上是碳的二维结构。石墨烯成名的时间并不长：2010年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫凭借“在二维石墨烯材料的开创性实验”共同获得当年诺贝尔物理学奖，石墨烯由此名声大噪。
石墨烯出道虽晚，但来头可不小，随意说出它的几个特性都是世界之最：目前已知世界上最薄的材料，目前已知强度最高的物质，还是目前已知导电性能最出色的材料……
近几年，石墨烯材料又凭借其优良的吸附性能找到了新的用武之地——用作水处理剂。2012年初，安德烈·海姆教授研究发现氧化石墨烯薄膜可屏蔽除水之外所有其他分子，洛克希德马丁公司斥巨资开发基于石墨烯材料的海水淡化装置，石墨烯材料有望在海水净化、污水处理等方面大显身手，目前，美国等国家在这方面也取得很大的进展。针对当前我国重金属污染物的现状及存在的问题，用于环境重金属处理的新型氧化石墨烯材料也属世界首创。
氧化石墨烯是一种从天然石墨制备的、与碳纳米管结构相似的碳纳米材料。对比活性碳、碳纳米管和石墨烯材料对低浓度含铅废水的吸附能力，氧化石墨烯对铅的吸附量高达800mg/g，远高于活性炭的60至120mg/g；同时，氧化石墨烯具有极强的再生能力，多次重复吸附/洗脱循环后的吸附能力仅下降5至10%。
氧化石墨烯何以拥有这么强大的重金属吸附能力？原因有二：一是氧化石墨烯是单原子层厚度的二维结构纳米材料，其比表面积理论上可达2600平方米/克，在所有碳纳米材料中是最大的；二是在氧化石墨烯的制备过程中，其表面形成了大量的活性基团如羧基、羰基、羟基、环氧基等。因此，氧化石墨烯具有一个性能优异的吸附剂所需要的最基本的要素：足够大的比表面积和足够高的表面功能基团密度。
利用氧化石墨烯材料可把铅酸电池行业含铅废水排放浓度从现在的100—1000ppb降低到1—10ppb、铅回收率提高到95%—99%，铅环境排放总量比现有技术降低90%。该成果可有效推广到镉、镍、砷、铜、铬、放射性元素等其他重金属污染体系，具有十分可观的经济效益和社会效益。
可塑性：性能可以“定制”
利用氧化石墨烯纳米材料对水中有毒重金属的吸附机理，从重金属和氧化石墨烯的功能团之间的相互作用机制、氧化石墨烯表面结构对吸附能力的影响、吸附动力学和机制、氧化石墨烯的吸附和解吸特性等几个方向进行技术设计，可以有效地“定制”氧化石墨烯的吸附特性。
氧化石墨烯功能化技术，通过功能化反应可以在氧化石墨烯表面引入功能性基团，这些基团键合到树脂、活性炭、碳纳米管等碳纳米材料上后对重金属表现出很好的吸附特性，显著提高其对铅、镍、铜等重金属离子去除能力。
经过氧化石墨烯表面特异性基团的引入和表面分子水平的设计，氧化石墨烯材料的吸附特性会进一步升级，从而可以有效应对在处理水污染事件中的具体难题。“升级版”氧化石墨烯材料对金属离子的快速吸附特性大大增强（吸附饱和可在20分钟内完成）， 有效解决重金属突发污染事件所要求的快速处理问题。而且，这些吸附剂材料可洗脱重金属后重复利用，其总体经济成本可低于传统的沉淀法和常规的碳基吸附材料，解决运行成本高的问题。更重要的是，被吸附的重金属经洗脱后，可以100%彻底回收，从而彻底解决重金属泄漏处理后的二次污染问题。
也许你会觉得，功能如此强大的新型材料肯定价格不菲，其实不然。这也是大家一直心存疑虑的地方，虽然高质量石墨烯的价格昂贵，氧化石墨烯制作成本和鳌合树脂相当，但吸附容量高2—5倍以上，因此综合运作成本依然具有竞争性，在可接受范围内。
高性价比为氧化石墨烯材料的市场推广提供了“敲门砖”。“我们现在正在计划和需要处理重金属污染的企业合作，建立标准氧化石墨烯材料深度处理系统和示范装置，达到无毒排放，并进一步进行实用体系的开发。同时发展重金属污染土壤的修复技术。”
石墨烯产业化：须突破多个瓶颈
“质量可控的石墨烯对其后续的应用非常重要，石墨烯的层数、纯度、大小、厚度、缺陷，都会对其性质产生影响。如石墨烯片的细微差别可对其电子和光学性质产生不同的影响。”决石墨烯产品均一控制等主要问题，在此基础上充分发挥其实际应用潜力。”