石墨烯基材料對低濃度鎘離子的電吸附研究

徐 斌，張孝飛，何 斐，皋海嶺，王冉冉，吳文倩，楊文忠，張毅敏

（1. 生態環境部南京環境科學研究所，江蘇南京210042；2. 南京工業大學化學與分子工程學院，江蘇南京210037）

伴隨著世界經濟及工業的高速發展， 飲用水中的重金屬離子污染問題受到人們越來越廣泛的關注。 水中Cd2+的污染主要來源于化工、電鍍、電子行業排水以及養殖產生的廢棄物的排放等， 其具有致癌、致畸、致突變性，以及持久性和生物累積性〔1〕。 我國《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）規定，飲用水中的Cd2+質量濃度應小于0.005 mg/L。 如何采取安全、環保、有效的手段解決Cd2+污染問題，保障飲用水安全，成為當前的研究熱點。 目前，去除微污染飲用水中Cd2+的方法主要包括沉淀法、膜分離法、離子交換法、電解法、吸附法等〔2〕。 其中，電容去離子（CDI）技術作為一種新型的電吸附水處理技術，因具有成本低、能耗小、操作簡單、無二次污染等特點，在飲用水保障領域具有較好的應用前景〔3〕。 石墨烯基材料因具有優異的電子傳輸、導熱、機械加工性能以及高比表面積、高比電容等優勢，成為研究者廣泛關注的CDI 電極材料〔4〕。 由于范德華力以及 π-π 鍵的相互作用，石墨烯基材料片層間會發生 “層-層” 堆垛現象， 導致其實際比表面積和比電容遠小于理論值，理論上優異的性能難以得到發揮。為了優化石墨烯作為電極材料的性能， 常采用金屬氧化物嵌入石墨烯片層，撐開層間距，達到減少石墨烯片層之間團聚，增加比表面積的目的。 此外，金屬氧化物納米粒子的嵌入可以明顯改善石墨烯的電化學性能， 提高電容量〔5〕。……