三维石墨烯基多孔碳材料的制备及对污染物的吸附性能研究进展

邱军科¹，王朋²，张迪^1,3，石林¹，张凰^3,4

1. 昆明理工大学环境科学与工程学院2. 成都理工大学环境学院3. 云南省土壤固碳与污染控制重点实验室4. 昆明理工大学农业与食品学院

摘 要：一维的碳纳米管（Carbon nanotubes,CNTs）和二维的氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）是常见的碳纳米材料,被广泛应用于环境污染物的吸附去除。它们在水体中易发生团聚和堆积,使其在实际应用中受到限制,因此急需寻找新型吸附碳材料。近十年来,随着对碳基纳米材料的深入研究,三维石墨烯基多孔碳材料（Three-dimensional graphene-based porous carbon materials,3D GBMs）引起了研究者的密切关注。3D GBMs是由石墨烯基纳米材料在一定条件下组装形成的多孔碳材料。它不仅具有高孔隙率和大表面积的特点,还有良好的力学性能,且易于回收和循环利用。3D GBMs因继承了单体材料的性能,已成为近年来研究的热点。根据3D GBMs独特的结构和性能,其已被应用于环境修复、催化剂和能源储存等诸多领域。然而,关于3D GBMs的研究依然存在一些挑战。例如,前驱体的原材料、尺寸、p H值可能影响3D GBMs的吸附性能;制备方法有待选择和优化,冷冻干燥处理过程对3D多孔结构的破坏等,这将直接影响3D GBMs性能的发挥。因此,3D GBMs的制备流程需要进一步深入探讨,以期更好地满足实际应用的需求。目前,研究者通过水热还原、化学还原及化学气相沉积等方法制备了不同性能的3D GBMs。不同的制备方法归根结底是对3D GBMs进行各种功能化处理。研究发现,通过不同处理方式功能化的3D GBMs吸附剂,均可对目标污染物达到良好的去除效果。然而,3D GBMs的吸附性能受多种因素影响,其中合成环节是研究3D GBMs吸附性能的主要关注点。这是因为前驱体、制备条件及干燥过程等均能影响3D GBMs的结构和性能。了解不同制备过程对3D GBMs吸附性能的影响,将有助于推广其在环境污染治理领域的应用。本文总结了3D GBMs不同的制备方法,同时以制备流程为主线,重点论述了各制备环节对3D GBMs吸附性能的影响。最后,提出了三个主要的展望方向:水凝胶在实际应用中的角色剖析、表面积测定新方法、3D GBMs的潜在环境风险。本文不仅能推动3D GBMs在水处理领域的发展,而且也将为其在其他领域的制备和应用提供理论指导。

关键词：石墨烯;三维多孔材料;性能影响;吸附;环境污染物;