石墨烯衍生物作为吸附剂去除水中微塑料的处理效率研究

为解决全球淡水和海洋中广泛存在的微塑料污染问题，研究人员开展了石墨烯基材料（GBMs）吸附微塑料的研究。通过SEM、XRD和FTIR等技术表征GBMs，并测试了氧化石墨烯（GO）、石墨烯泡沫（GF）和还原氧化石墨烯（rGO）对微塑料的吸附性能，结果显示其去除效率分别高达70%、60%和95%，最大吸附容量分别为1960.98 mg/g、1184.28 mg/g和922.36 mg/g。该研究为开发高效、经济的微塑料去除技术提供了重要依据。

　　

微塑料污染已成为全球性环境问题，从淡水到海洋，从人口密集区到偏远地区，微塑料无处不在。这些直径小于5毫米的塑料颗粒不仅威胁水生生物和人类健康，还可能通过食物链传递，造成更广泛的生态和经济影响。尽管塑料给人类生活带来了便利，但自20世纪50年代大规模生产以来，全球已产生83亿吨塑料废物，其中四分之三已成为垃圾。更令人担忧的是，预计到2025年，将有2.5亿吨塑料进入海洋。面对这一严峻挑战，开发高效、经济的微塑料去除技术迫在眉睫。

在这一背景下，研究人员开展了石墨烯基材料（GBMs）作为吸附剂去除水中微塑料的研究。石墨烯因其独特的物理化学性质，如高比表面积、优异的机械强度和可调控的表面化学性质，在环境修复领域展现出巨大潜力。特别是氧化石墨烯（GO）、石墨烯泡沫（GF）和还原氧化石墨烯（rGO）等衍生物，已成功用于重金属和有机污染物的吸附，但其在微塑料去除方面的应用尚未充分探索。

为填补这一研究空白，研究人员系统评估了三种GBMs对四种微塑料（PVP、MEH-PPV、PMMA和纤维素）的吸附性能。研究采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术对材料进行表征，并通过批次吸附实验测定其去除效率和吸附容量。

研究结果显示，GO、GF和rGO对微塑料的去除效率分别达到70%、60%和95%，最大吸附容量分别为1960.98 mg/g、1184.28 mg/g和922.36 mg/g。SEM图像显示，GBMs具有褶皱和缺陷丰富的表面结构，提供了大量活性吸附位点。XRD分析证实了材料的成功合成，其中GO在11.8°显示特征峰，而GF和rGO在约24°出现较宽的峰，表明其非晶性质。FTIR光谱进一步验证了GO表面含氧官能团的存在，这些官能团在吸附过程中起到关键作用。

值得注意的是，GBMs的吸附性能与微塑料的疏水性密切相关。亲水性的GO对PVP表现出最高去除效率（72%），而疏水性的GF和rGO则对MEH-PPV和PMMA有更好的吸附效果。研究还发现，初始微塑料浓度与GBMs用量的比例会影响吸附效率，当活性位点饱和时，即使材料仍有吸附潜力，也无法实现完全去除。

与传统的生物炭吸附剂相比，GBMs展现出显著优势。虽然铁改性磁性生物炭（Fe-BC）对纳米塑料的去除效率可达100%，但其吸附容量（约200-290 mg/g）远低于GO（1960.98 mg/g）。GBMs的高性能归因于其巨大的比表面积和与微塑料分子间的π-π相互作用及范德华力。

经济性分析表明，GBMs目前成本较高，但绿色合成方法的开发有望降低其生产成本和环境足迹。相比之下，生物炭价格低廉且环境友好，但吸附容量有限。研究人员建议未来可探索GBMs与生物炭的复合材料，以平衡性能与成本。

该研究首次系统评估了GBMs对多种微塑料的吸附性能，为开发高效、可再生的微塑料去除技术提供了重要依据。研究结果不仅拓展了GBMs在环境修复中的应用范围，也为解决全球微塑料污染问题提供了新思路。未来研究可进一步探索GBMs在实际水环境（如海水和废水）中的表现，以及其再生和重复使用的可行性。

总之，这项发表在《Desalination and Water Treatment》上的研究证实了石墨烯基材料作为微塑料吸附剂的巨大潜力，为应对日益严峻的微塑料污染挑战提供了创新解决方案。随着材料合成技术的进步和成本的降低，GBMs有望成为下一代水处理技术的核心材料。