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当前水污染严重，多种污染物共存问题突出。研究人员开展了氧化石墨烯负载零价铁（GOI）去除污染物的研究。结果显示，GOI 对多种金属和染料去除效果良好，能处理多金属污染，有连续过滤潜力。该研究为污水净化提供了新方向。
随着世界人口的急剧增长，农业和工业活动愈发频繁，大量有害污染物被排放到水体中。如今，淡水资源短缺和安全饮用水的匮乏，不仅破坏了生态系统的平衡，还严重威胁着人类的健康。更为棘手的是，水体中多种污染物同时存在的情况日益普遍，这给科学界带来了巨大挑战，迫切需要创新的解决方案。
在众多应对水污染的研究中，纳米技术逐渐崭露头角。过去二十年里，纳米材料因其独特的性质，如纳米级的尺寸范围、高比表面积和表面可调节性，成为极具潜力的吸附剂，能有效捕获各类污染物。其中，石墨烯这种二维碳材料备受关注。它的原子在理想的单原子厚层中全部暴露于表面，拥有超高的比表面积。凭借化学稳定性、光学透明性、机械强度以及电子迁移率等优异特性，石墨烯的应用领域不断拓展，从电子工业延伸到生物医学设备，还成为了环境污染修复和监测的重要材料。
氧化石墨烯（GO）及其相关纳米材料更是被广泛探索用于吸附、光催化、污染物监测电极以及过滤膜的制备。GO 表面丰富的官能团，如 - OH、-COOH、C-O 等，不仅使其在水介质中能稳定悬浮，还为纳米颗粒的生长提供了成核位点，有助于制备分散良好的纳米复合材料。而像零价铁（Fe0）这样的氧化还原敏感纳米颗粒（RSNPs），在表面发生电子转移时，能通过还原吸附去除污染物或降解有机物。于是，氧化石墨烯负载零价铁（GOI）纳米复合材料成为了研究热点，已有不少研究证实其对多种污染物有去除效果。
然而，目前的研究仍存在诸多不足。一方面，对于不同离子性质的有毒金属和染料的连续柱分离研究较少；另一方面，在批量和柱式模式下处理多金属污染水体的可能性尚未得到充分探索，而且环境参数对其去除效果的影响，以及从不同水体（河水、地下水和海水）中去除污染物的情况也缺乏深入分析。这些关键问题限制了 GOI 在实际环境中的应用，亟待解决。
为了填补这些研究空白，来自印度理工学院 Roorkee 等机构的研究人员开展了一项关于 GOI 对不同离子性质的染料和金属的吸附行为及反应传输的研究。他们选择了金属阳离子（Ni2+、Cd2+）、氧阴离子（AsO2-、CrO42-）以及阳离子亚甲基蓝（MB）、阴离子甲基橙（MO）和两性离子罗丹明 - B（RB）等染料作为研究对象，还在多金属污染的水溶液中进行了实验。研究成果发表在《Environmental Nanotechnology, Monitoring 》上，为解决水污染问题提供了新的思路和方法。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过一步法实现氧化石墨烯的分层和铁的还原，制备出 GOI 复合材料。其次，利用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、透射电子显微镜 - 能量色散光谱（TEM - EDS）、X 射线光电子能谱（XPS）、粉末 X 射线衍射（pXRD）、动态光散射（DLS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术对反应沉淀物进行表面表征。此外，还采用非线性动力学、等温线和柱传输模型进行分析。
研究结果如下：
- GOI 复合材料的制备与表征：通过一步法成功制备出 GOI 复合材料，HRTEM 图像显示，氧化石墨烯片层在超声处理和 Fe0纳米颗粒生长后发生分层和碎片化。生成的 Fe0纳米颗粒尺寸较小，呈球形，且具有良好的分散性，表面的氧化层很薄甚至不可见。TEM - EDS 分析和元素映射表明，Fe/O 比达到 0.86，高于铁氧化物，进一步证实了材料的特性。
- 污染物去除能力研究：在单金属体系中，GOI 对不同金属的去除能力有所差异，去除容量顺序为 Ni（30.5 mg/g） 340 mg/g）和连续过滤效率（85 mg/g）。对于有机染料，GOI 对阳离子亚甲基蓝（81.3 mg/g）、阴离子甲基橙（79.7 mg/g）和两性离子罗丹明 - B（31.7 mg/g）也有较好的去除和连续分离效果。
- 去除机制探究：通过对反应沉淀物的表面表征和相关分析，研究人员发现 GOI 去除污染物的主要机制包括非均相 GOI 表面的静电吸引、氧化还原转化、络合作用以及与生成的铁羟基氧化物的共沉淀作用。
- 环境因素影响研究：研究还评估了溶液 pH 值和不同天然水体（河水、地下水和海水）对 GOI 纳米复合材料吸附行为的影响。结果表明，在不同环境条件下，GOI 仍能保持一定的污染物去除能力，证明了其在实际环境应用中的潜力。
综合来看，该研究得出结论：GOI 复合材料是一种极具潜力的吸附剂，能够从不同环境基质中去除有机和无机污染物，尤其在处理多金属污染时，其去除效率高达 > 340 mg/g。而且，批量合成氧化石墨烯相对简单且成本较低，使得同时进行氧化石墨烯分层和铁生长的工艺在大规模应用上具有经济可行性。此外，GO 的表面有助于 Fe0纳米颗粒的良好分散，增强了材料的性能。这项研究为解决水污染问题提供了新的有效途径，在污水处理、水资源保护等领域具有重要的应用前景，有望推动相关技术的进一步发展和实际应用。
