功能材料在工业废水处理中的应用与展望.docxVIP

工业化的不断扩张导致水污染率急剧上升，水体质量不断下降，而人类对淡水资源的需求却与日俱增。面对复杂严峻的水污染形势，各种水处理技术迅速发展。功能材料作为水处理技术发展的基础，越来越受到重视。各类功能材料具有独特的优势，在水污染处理中具有不同的处理作用和效果，但也存在不同的缺陷。本文旨在总结几类类功能材料在工业废水领域的有效处理效果，阐述几类功能材料的优缺点，并展望未来可能的研究和探索方向。

快速发展的工业使维持生命所必需的水资源日益恶化和复杂化，恶化的水资源对人类的健康，经济增长以及生态系统造成了不可计量的危害，因此，开发有效、可靠和经济的水污染处理技术是当务之急。对水污染的进行治理控制，首先要了解水污染源，重金属和酸碱盐等无机化合物、各类药物以及染料等化学有机污染物和微生物污染物是污染水体的三大污染源。污染源的不同，治理技术肯定也有所差别，故针对不同的污染源，研究了不同的水污染治理技术，如吸附技术（静电相互作用、π-π共轭、氢键等）、膜分离技术（超/纳滤膜、阳离子交换膜）和氧化还原技术（光氧化、电还原、催化降解）等治理手段。探究了各种选择性去除重金属和无机污染物的膜表面改性技术，其他学者对各种吸附剂、催化剂等治理技术的探索也越来越深入。

每种治理手段都需要功能材料来作为载体，常见功能材料有碳纳米材料、导电聚合物、磁性纳米材料和生物基聚合物等。在水污染治理领域中，这些不同的功能材料有着各自的性能优势和存在的缺陷。

近年来，许多研究学者对于各类功能材料有一定的研究，发表了一些相关的文章，探讨了碳纳米材料在处理水中有机污染物和重金属的能力，总结了导电聚合物基催化剂在水处理中的先进氧化工艺应用的进展。但他们主要集中在某类功能材料对于工业废水处理的研究，目前缺乏一份关于各类功能材料对于工业废水治理的对比报告。本工作总结了上述功能材料在工业废水治理领域的研究成果，阐明上述功能材料各自的优势以及需要解决的问题，为未来发展更加高效、高性价比、先进的工业废水处理技术提供一定的方向。

?1???碳纳米材料

碳纳米材料（CNM）具有独特的形态和结构特征，如体积小、多孔和渗透拓扑结构，因此被广泛开发为有前途的吸附剂，在去除金属离子、有机污染物和纳米污染物方面显示出良好的效果，而且CNM具有高表面积，含有含氧官能团，良好的防腐蚀性能，使它们在水污染治理更有效率。目前，存在尺寸优势的CNM在膜领域也是独占一隅，CNM膜材料可应用于重金属离子、总悬浮颗粒物（TDS）以及许多其他废物流出物等各种杂质的处理，CNM可在水污染治理领域中做出的不可或缺的贡献。

1.1石墨烯及其衍生物

在水污染治理领域，吸附是首选技术，吸附设计简单、灵活、操作简易，可以很轻松的集成到污水处理设施中。石墨烯是一种由碳（C）原子组成的六角形网络结构的碳纳米材料，石墨烯产生最薄的结构，具有超大的表面积、可调节的表面官能团以及丰富的吸附机制，因此，石墨烯可作为吸附剂用于水污染修复。

杂原子掺杂对石墨烯进行改性有利于调节石墨烯的表面化学性质来改善石墨烯的吸附性能，气凝胶（NFAs）是由有机和无机前体或混合物制备的三维固体材料，具有高孔隙率和表面积。合成了氮掺杂石墨烯基气凝胶，用于从水中吸附液态甲苯，将高温碳化氮掺杂到石墨烯气凝胶中（GNGAs），使其具有超低密度、高孔隙率、高强吸附力等优点。上述杂原子掺杂石墨烯基气凝胶，对解决溢油事故、有机化学品泄漏造成的水污染问题具有很高的应用价值。

为了增加石墨烯在工业废水处理中的实际应用，通过化学和热处理对石墨烯进行功能化改性，产生了氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（RGO）和其他二维（2D）、三维（3D）石墨烯衍生物，这些改性形式的石墨烯具有额外的含氧功能位点、更大的表面积和更少的团聚力，在废水修复中比原始石墨烯具有更高的使用效率。

将二维超薄GO与环保型β-乳球蛋白淀粉样蛋白原纤维包裹的Fe2O3纳米颗粒相结合，以纳米团簇的形式合成了一种新型的有机-生物无机杂化多层膜，并证明了可以同时去除水中的多种重金属，示例见图1。提出了一种绿色、简单、节能（时间短、温度低）的工艺路线来生产基于GO和多巴胺（DOPA）的气凝胶。使用DOPA作为交联剂可以形成3D网络，而DOPA中的氮可以修饰气凝胶的表面，以减少有机物/油造成的污染。

1.2碳纳米管

碳纳米管（CNT）具有一个或多个类似于石墨的同心层，尺寸在0.4纳米至数十纳米之间。与传统活性炭相比，碳纳米管的吸附能力和效率惊人地飙升，因为它们具有高表面体积比、均匀的孔隙分布和中空结构等卓越性能，相较于石墨烯，CNT不易团聚，可发挥的空间较大。探究了纯CNT对柴油吸附的能力，柴油中存在的高分子量碳氢化合物分子不会对纯CNT产生阻力，被纯CNT吸附没有明显的问题。使用化学气相沉积法制备碳纳米管，并涂覆