水環(huán)境污染和水資源短缺是全球所面臨的兩個重大環(huán)境問題，膜技術(shù)已經(jīng)被證實(shí)是解決此問題非常有效的手段之一。目前，在水處理領(lǐng)域使用的膜大部分采用有機(jī)高分子材料、金屬氧化物和陶瓷等為原料，在應(yīng)用過程中都存在一些問題，比如污染物截留率低、能耗高、膜污染嚴(yán)重等。

2010年英國Manchester大學(xué)的GEIM和NOVOSELOV獲得諾貝爾物理學(xué)獎后，石墨烯的研究得到了快速發(fā)展。Nair等在2012年報道了氧化石墨烯薄膜對水的獨(dú)特滲透性，此后，GOM的滲透性引起了研究人員的廣泛關(guān)注。專家認(rèn)為，氧化石墨烯優(yōu)越的物理化學(xué)性能將使氧化石墨烯薄膜成為解決水環(huán)境和水資源短缺問題最具潛力的手段之一，為膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域打開了一個全新的研究方向，將成為膜技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。

氧化石墨烯是與石墨烯密切相關(guān)的一種重要物質(zhì)。氧化石墨烯是具有層狀結(jié)構(gòu)的非化學(xué)計(jì)量材料，以石墨為原料制備得到。氧化石墨烯與石墨烯在結(jié)構(gòu)上有很大差別，石墨烯只含有SP2雜化碳原子，氧化石墨烯中含有sp2和sp3雜化碳原子，并且其表面具有大量官能團(tuán)，這些官能團(tuán)賦予氧化石墨烯一些新的性能，分散型號、親水性、與聚合物的相互作用性等。

氧化石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖

制備

石墨經(jīng)過氧化后分散在極性溶劑中可制得氧化石墨烯懸浮液，進(jìn)而可以用于制作氧化石墨烯膜。石墨烯氧化的方法有三種：Brodie法、Staudenmaier和Hummers法。目前最常用的是Hummers法：

以氧化石墨烯懸浮液制備氧化石墨烯薄膜的方法很多主要分為浸涂法，溶液蒸發(fā)法、真空抽濾法等。

浸涂法制備GOM

溶液蒸發(fā)法制備GOM

真空抽濾法制備GOM

應(yīng)用

氧化石墨烯膜具有很大的比表面積、良好的親水性、微孔結(jié)構(gòu)和大量的官能團(tuán)，使其在水處理中應(yīng)用廣泛。

重金屬的去除。去除機(jī)理是尺寸篩分、電荷效應(yīng)和吸附作用。

脫鹽。去除機(jī)理主要是微孔擴(kuò)散、電荷效應(yīng)和吸附作用。

抗菌。機(jī)理是氧化石墨烯納米邊緣可以穿透細(xì)胞膜導(dǎo)致細(xì)胞死亡，基于此氧化石墨烯膜可能兼具親水性和抗菌性的雙重抗污染性。

除以上內(nèi)容外，氧化石墨烯膜在水處理領(lǐng)域的各個方面都具有實(shí)際或潛在的應(yīng)用價值，如油水分離、染料脫色等。氧化石墨烯膜作為一種新型分離膜在水處理領(lǐng)域還處于研究階段，到實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用還有大量的工作要做，相信隨著研究的深入，未來氧化石墨烯膜將成為解決水環(huán)境污染和水資源短缺問題的主要手段之一。