氧化石墨烯在环境介质上吸附聚集行为研究

A broad perspective can be seen for the application of graphene oxide (GO). However, due to its expanding production and practical applications, it will be unavoidable for its entrance into environment and bring the environmental risks. The adsorption and aggregation behaviors of GO in environmental media has a significant scientific meaning in evaluating its potential environmental risks. In this project, batch adsorption experiments will be applied to investigate the adsorption/aggregation behaviors of different types GOs on different environmental media, as well as the influencing factors, such as the size of GO, the functional groups of GO, etc. The adsorption/aggregation mechanisms will be elucidated by microstructure characterization and computational simulations. The expected results will provide basic insights into the environmental behaviors of GO and its potential risks.

氧化石墨烯（GO）具有广阔应用前景，随着其生产和使用量的不断增大，GO不可避免地会进入到环境中而产生环境风险。GO在环境介质上的吸附聚集行为对于评价GO的环境风险具有重要的科学意义。本项目拟采用宏观静态吸附实验研究不同类型的GO在不同环境介质上的吸附聚集行为，分析GO纳米尺寸及表面官能团对GO在环境介质上吸附聚集的影响规律。进一步结合微观结构表征及理论计算模拟阐明GO与环境介质的相互作用机理。项目预期研究结果为全面了解GO的环境行为，评价GO的环境风险提供数据支持和理论依据。

GO作为一种性能优异的碳纳米材料。未来可能会被广泛应用在能源、材料等领域。GO在生产使用过程中，存在泄露到环境中的风险。释放到环境中的GO与污染物及环境介质相互作用后，其环境行为和生态毒性会发生一定的变化。因此研究不同GO的吸附性能、与环境介质的相互作用等环境行为对科学客观评价GO的综合环境风险具有重要的指导意义。本项目系统研究了GO、污染物和环境介质的吸附聚集等环境行为及相互作用机理，主要研究成果如下：.详细研究了GO自身的尺寸大小及官能团对吸附能力的影响。首先通过静态批实验、波谱分析和形貌表征分析，研究了不同尺寸及氧化程度的GO对U(VI)吸附能力的影响。结果随着GO表面含氧官能团含量的增加，对Co(II)的吸附能力增强；尺寸小的GO对U(VI)的吸附容量和吸附速率高于尺寸大的GO，这是因为尺寸小的GO表面含有更高比例的含氧官能团和在溶液中更高的扩散速率。.通过静态批实验和微观形貌分析详细研究了GO及石墨烯量子点（CDs）与粘土矿物等环境介质的相互作用。首先研究不同尺寸的GO包括CDs在氧化铝上吸附聚集行为，结果表明氢键和静电相互作用起主要作用，pH和离子强度对相互作用有较强的影响。其次，选取黏土矿物作为环境介质代表，通过GO在矿物上的吸附和解吸实验，发现GO在针铁矿上的吸附量（3.73 mg•g-1）高于在高岭土（1.07 mg•g-1）上，而且在矿物上存在解吸滞留现象，说明GO与矿物之间存在不可逆的相互作用。.深入研究了GO、凹凸棒与U(VI)三者之间的相互作用。研究发现凹凸棒与GO的相互作用会抑制GO对U(VI)的吸附能力，但是会促进凹凸棒的吸附能力，这是因为GO自身的吸附位点大于凹凸棒，GO与凹凸棒的相互作用会占据GO自身的吸附位点。离子强度和pH都会对三者之间的相互作用产生影响。.另外，考察了功能活性炭改性生物炭及其富集环境中有机污染物和GO的性能。