利用石墨烯海绵清理泄露的原油
自从石墨烯被发现和成功分离以后，物理学家就被这种二维材料表现出的独特物理性质所吸引，而材料学家则希望利用其独特的性质发展一个或多个“杀手级应用（killer applications）”。石墨烯由于优异的电学、机械和热性能，使得其可以发展许多高科技应用，包括透明导体、高分子复合材料的填料、电子散热片等。然而，根据最近 Rodney Ruoff教授及其合作者的研究结果，石墨烯的另一个更实际的应用：原油泄露清理，可能会在市场上击败其相关的所有高科技应用。
已经有许多不同类型的材料被提出或测试用于清理泄露原油，包括聚合物、活性炭，甚至锯木屑。在这一应用中，吸收物对油层的选择性吸附能力至关重要，同时吸收物本身的毒性也是一个重要的考虑因素。
在Ruoff的实验中，通过减小石墨烯氧化，随后施加水热成型过程使材料达到具有高表面积的形态，制备得到海绵状结构的石墨烯。研究者们随后通过利用这种材料去除人工海水中许多商业石油产品（ 包括煤油、泵油、油脂和有机溶剂等 ）来检验其吸油性能。
实验结果表明，石墨烯海绵材料吸收了超过其本身重量86倍的油污，超过其他任何常见吸收剂的吸油能力。其吸收的碳氢化合物随后通过简单地加热回收，回收率能达到99％。通过这一过程，石墨烯海绵可以重新生成，并且重复使用10次以上，其性能丝毫不会下降。这些令人振奋的实验的结果给解决自然环境中不幸的原油泄漏事件带来了新的希望，同时这项技术也可以应用于许多常规污水处理和工业分离领域。石墨烯的高科技应用将要到来，但是随着石墨烯海绵这一技术的不断完善，石墨烯的第一个“杀手级”应用可能根本与高科技无关。
氧化石墨烯能除去污染水体中放射物质
2011年3月，日本发生的里氏9级大地震及随之爆发的海啸导致福岛第一核电站核泄漏事故，引起全世界对核电安全性的再度审视。福岛核电站的泄漏造成了污染，然而放射性污染很难消除，射线强度只能随时间的推移而衰减，这让许多人对放射性物质更加敬畏起来。在现代社会中，放射性物质广泛存在，危害着动植物的生存。
日前，美国莱斯大学和俄罗斯莫斯科国立罗蒙诺索夫大学的研究人员发现，氧化石墨烯具有非凡的吸附能力，能够快速除去污染水体中的放射性物质。科学家确定，原子厚度的氧化石墨烯片能快速地吸附在天然和人造的放射性核素上，并凝结成固体。在此项研究中，研究人员主要致力于去除锕系元素和镧系元素等放射性同位素。研究人员还强调，捕获放射性核素并不会减弱它们的放射性，而是使其更易被处理。以福岛核电站附近的区域为例，可通过将氧化石墨烯添加到以离子状态存在的放射性物质溶液中，得到固体的核物质，并对其进行焚烧。低成本和可生物降解的特质也使氧化石墨烯成为了渗透性反应墙技术的合适之选，这对于原位地下水的修复而言具有相当的意义。
据物理学家组织网1月8日报道，美国莱斯大学和俄罗斯莫斯科国立罗蒙诺索夫大学的研究人员发现，氧化石墨烯具有非凡的吸附能力，能够快速除去污染水体中的放射性物质。相关研究报告发表在近期出版的英国皇家化学学会《物理化学·化学物理学》杂志上。
科学家确定，原子厚度的氧化石墨烯片能快速地吸附在天然和人造的放射性核素上，并凝结成固体。这种片能够溶于液体之中，也能轻易地大批量生产。氧化石墨烯会在导入模拟核废物的数分钟内凝固，迅速聚集最致命的毒素废物，这一过程也将跨越多个pH值。
在此项研究中，研究人员主要致力于去除锕系元素和镧系元素等放射性同位素。也就是从液体中而非固体或气体中除去元素周期表中的30个稀土元素。虽然这些同位素并不亲水，但却可以隐匿于水中。而从人类健康和环境保护角度来看，这可谓是它们最不受欢迎的聚集地。
事实上，天然生成的放射性核素也不怎么受欢迎，因为压裂流体会在钻井过程中将它们带到表层。当地下水也从钻井中流出，且放射性元素超过一定水平时，就会因高温而不能再输送回土壤中。此时就需要将受污染的水体运送至其他地方进行储存和处理，随之而来的则是大笔的开销。而使用氧化石墨烯能快速过滤放射性污染物，显著降低水力压裂法等油气回收方式的成本，对清理福岛核电站等区域的污染水源大有裨益。此外，采矿业也将收获潜在的利益。基于对环境的担忧，美国之前基本中断了稀土金属的开采，而其对于手机制造而言十分重要。
虽然氧化石墨烯的较大表面积决定了其吸附毒素的能力很强，但吸收速度之快仍出乎科研人员所料。这一速度具体由污染物的构成所决定。对此，科学家以包含铀和钚的模拟核废物以及钠和钙等可负面影响氧化石墨烯吸收效应的物质进行了测试。即使如此，氧化石墨烯也被证明效用要明显优于膨润土和活性炭等常用的核清理剂。
研究人员还强调，捕获放射性核素并不会减弱它们的放射性，而是使其更易被处理。以福岛核电站附近的区域为例，可通过将氧化石墨烯添加到以离子状态存在的放射性物质溶液中，得到固体的核物质，并对其进行焚烧。在此过程中，氧化石墨烯会快速燃烧，仅剩下块状的放射性物质，便于重复利用。而低成本和可生物降解的特质也使氧化石墨烯成为了渗透性反应墙技术的合适之选，这对于原位地下水的修复而言具有相当的意义。
石墨烯有望治理持久有机污染物
日前，中科院合肥物质科学研究院等离子体所和中科院化学研究所合作，成功制备出分散性均匀的功能化石墨烯材料，该材料经磺酸化处理后可有效去除持久性有机污染物。
石墨烯材料具有独特的物理化学性质，石墨烯与有机污染物之间可形成非常强的络合能力，因而可以吸附有机污染物。但是由于石墨烯在溶液中易团聚，其吸附能力会因此降低。研究人员经过大量实验发现，在石墨烯表面进行磺酸基功能化处理可以提高石墨烯的分散性，进而提高石墨烯的吸附能力。这种功能化石墨烯对萘和萘酚的吸附能力达到2.4毫摩尔/克，是目前所有材料中吸附能力最高的材料。此外，对石墨烯进行氧化处理在其表面修饰含氧功能基团后，即可以很好地吸附金属离子。
值得一提的是，科研人员在制备石墨烯纳米材料研究中，利用等离子体技术可以直接在石墨表面剥离制备石墨烯，不需要化学试剂，可简化制备过程，且该过程环境友好。目前这种材料的制备成本较高，但随着技术的发展将有望降低成本，实现规模化制备。
石墨烯在水处理方面的应用取得进展
近日，美国科学家研发出一种新方法，可将净水常用的普通沙转换为“超级沙”，“超级沙”的过滤能力是普通沙的5倍，这种新型材料成本更低，非常适合落后的缺水地区。
来自美国赖斯大学（Rice University）的Mainak Majumder表示，沙子之间的缝隙很狭小，所以水中比较大的悬浮固体不能通过，由此达到净化水的目的。但是这种净化并不彻底，它不能去除水中的某些化学物质，此外，过滤速度较慢。为了攻克这一难题，Mainak Majumder及其团队使用了氧化石墨 —— 石墨在化学剥离过程中会产生具有碳原子层的氧化石墨，又被称为石墨烯。研究人员将具有很强吸附能力的氧化石墨同普通粗沙混合在水中，然后加热到105℃，待水挥发掉，就得到了这种水流通过量大、净水效率更高的“超级沙”。
实验表明，“超级沙”能有效去除水中的汞和染料分子。普通沙子一般过滤10分钟就会饱和，而“超级沙”吸收重金属可超过50分钟，净水能力提高了5倍。该项技术的另一优势是便宜。“超级沙”使用的是便宜且储量丰富的氧化石墨，且净水效果堪比活性炭，而后者因为高昂而无法被大规模应用。如果能在室温下制造，会更具成本优势。
[第68楼] 引用
@Ta
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