鋰電世界  “中國(guó)人的身體就是一張?jiān)刂芷诒恚　边@一調(diào)侃雖未免夸張，卻形象地表達(dá)了國(guó)人對(duì)重金屬污染的擔(dān)憂。2005年珠江支流北江鎘污染、2006年湖南岳陽(yáng)砷污染、2010年福建紫金礦業(yè)重大污染、2012年廣西河池市鎘污染……令人觸目驚心的重大水資源污染事件敲響了水資源保護(hù)的警鐘，重金屬污染土壤問(wèn)題也給我們的糧食安全生產(chǎn)提出了嚴(yán)肅的課題，也對(duì)有效治理水資源的重金屬污染提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。

    目前，處理水資源中重金屬的常用材料是活性炭、沸石和交換樹(shù)脂等，而成本較低的活性炭和沸石吸附能力差，吸附能力強(qiáng)的樹(shù)脂和碳纖維價(jià)格昂貴。近日，記者從利特納米技術(shù)有限責(zé)任公司獲悉，該公司“千人計(jì)劃”海外特聘專(zhuān)家侯士峰博士團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的新型氧化石墨烯材料，有效解決了吸附能力和成本之間的矛盾。

    吸附力：活性炭的十幾倍

    作為從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，石墨烯實(shí)際上是碳的二維結(jié)構(gòu)。石墨烯成名的時(shí)間并不長(zhǎng)：2010年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫憑借“在二維石墨烯材料的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”共同獲得當(dāng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，石墨烯由此名聲大噪。

    石墨烯出道雖晚，但來(lái)頭可不小，隨意說(shuō)出它的幾個(gè)特性都是世界之最：目前已知世界上最薄的材料，目前已知強(qiáng)度最高的物質(zhì)，還是目前已知導(dǎo)電性能最出色的材料……

    近幾年，石墨烯材料又憑借其優(yōu)良的吸附性能找到了新的用武之地——用作水處理劑。2012年初，安德烈·海姆教授研究發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯薄膜可屏蔽除水之外所有其他分子，洛克希德馬丁公司斥巨資開(kāi)發(fā)基于石墨烯材料的海水淡化裝置，石墨烯材料有望在海水凈化、污水處理等方面大顯身手，目前，美國(guó)等國(guó)家在這方面也取得很大的進(jìn)展。而侯士峰博士針對(duì)當(dāng)前我國(guó)重金屬污染物的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，自主研發(fā)的用于環(huán)境重金屬處理的新型氧化石墨烯材料也屬世界首創(chuàng)。

    氧化石墨烯是一種從天然石墨制備的、與碳納米管結(jié)構(gòu)相似的碳納米材料。侯士峰告訴科技日?qǐng)?bào)記者，對(duì)比活性碳、碳納米管和石墨烯材料對(duì)低濃度含鉛廢水的吸附能力，氧化石墨烯對(duì)鉛的吸附量高達(dá)800mg／g，遠(yuǎn)高于活性炭的60至120mg／g；同時(shí)，氧化石墨烯具有極強(qiáng)的再生能力，多次重復(fù)吸附／洗脫循環(huán)后的吸附能力僅下降5至10％。

    氧化石墨烯何以擁有這么強(qiáng)大的重金屬吸附能力？原因有二：一是氧化石墨烯是單原子層厚度的二維結(jié)構(gòu)納米材料，其比表面積理論上可達(dá)2600平方米／克，在所有碳納米材料中是最大的；二是在氧化石墨烯的制備過(guò)程中，其表面形成了大量的活性基團(tuán)如羧基、羰基、羥基、環(huán)氧基等。因此，氧化石墨烯具有一個(gè)性能優(yōu)異的吸附劑所需要的最基本的要素：足夠大的比表面積和足夠高的表面功能基團(tuán)密度。

    侯士峰介紹，利用氧化石墨烯材料可把鉛酸電池行業(yè)含鉛廢水排放濃度從現(xiàn)在的100—1000ppb降低到1—10ppb、鉛回收率提高到95％—99％，鉛環(huán)境排放總量比現(xiàn)有技術(shù)降低90％。記者了解到，該成果可有效推廣到鎘、鎳、砷、銅、鉻、放射性元素等其他重金屬污染體系，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

    可塑性：性能可以“定制”

    侯士峰告訴記者，利用氧化石墨烯納米材料對(duì)水中有毒重金屬的吸附機(jī)理，從重金屬和氧化石墨烯的功能團(tuán)之間的相互作用機(jī)制、氧化石墨烯表面結(jié)構(gòu)對(duì)吸附能力的影響、吸附動(dòng)力學(xué)和機(jī)制、氧化石墨烯的吸附和解吸特性等幾個(gè)方向進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，可以有效地“定制”氧化石墨烯的吸附特性。

    以利特納米材料技術(shù)有限公司目前比較成熟的氧化石墨烯功能化技術(shù)為例，通過(guò)功能化反應(yīng)可以在氧化石墨烯表面引入功能性基團(tuán)，這些基團(tuán)鍵合到樹(shù)脂、活性炭、碳納米管等碳納米材料上后對(duì)重金屬表現(xiàn)出很好的吸附特性，顯著提高其對(duì)鉛、鎳、銅等重金屬離子去除能力。

    經(jīng)過(guò)氧化石墨烯表面特異性基團(tuán)的引入和表面分子水平的設(shè)計(jì)，氧化石墨烯材料的吸附特性會(huì)進(jìn)一步升級(jí)，從而可以有效應(yīng)對(duì)在處理水污染事件中的具體難題。記者了解到，“升級(jí)版”氧化石墨烯材料對(duì)金屬離子的快速吸附特性大大增強(qiáng)（吸附飽和可在20分鐘內(nèi)完成），有效解決重金屬突發(fā)污染事件所要求的快速處理問(wèn)題。而且，這些吸附劑材料可洗脫重金屬后重復(fù)利用，其總體經(jīng)濟(jì)成本可低于傳統(tǒng)的沉淀法和常規(guī)的碳基吸附材料，解決運(yùn)行成本高的問(wèn)題。更重要的是，被吸附的重金屬經(jīng)洗脫后，可以100％徹底回收，從而徹底解決重金屬泄漏處理后的二次污染問(wèn)題。

    也許你會(huì)覺(jué)得，功能如此強(qiáng)大的新型材料肯定價(jià)格不菲，其實(shí)不然。侯士峰告訴記者，這也是大家一直心存疑慮的地方，其實(shí)，雖然高質(zhì)量石墨烯的價(jià)格昂貴，利特納米的功能化氧化石墨烯制作成本和鰲合樹(shù)脂相當(dāng)，但吸附容量高2—5倍以上，因此綜合運(yùn)作成本依然具有競(jìng)爭(zhēng)性，在可接受范圍內(nèi)。

    高性價(jià)比為氧化石墨烯材料的市場(chǎng)推廣提供了“敲門(mén)磚”?！拔覀儸F(xiàn)在正在計(jì)劃和需要處理重金屬污染的企業(yè)合作，建立標(biāo)準(zhǔn)氧化石墨烯材料深度處理系統(tǒng)和示范裝置，達(dá)到無(wú)毒排放，并進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)用體系的開(kāi)發(fā)。同時(shí)發(fā)展重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)?！焙钍糠逑蛴浾咄嘎?。

    石墨烯產(chǎn)業(yè)化：須突破多個(gè)瓶頸

    作為中國(guó)石墨烯及其相關(guān)材料制備與應(yīng)用的市場(chǎng)化發(fā)展的先行者，利特納米的產(chǎn)品包括石墨烯／氧化石墨烯制備，以及相關(guān)市場(chǎng)化開(kāi)發(fā)。雖然在某些領(lǐng)域已經(jīng)取得進(jìn)展，但侯士峰非常清楚，作為一項(xiàng)新興的產(chǎn)業(yè)，我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)化從2011年初才開(kāi)始起步，目前，石墨烯生產(chǎn)普遍存在成本高、技術(shù)不成熟、產(chǎn)品不穩(wěn)定等問(wèn)題，必須完善技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)石墨烯的規(guī)?；⒌统杀旧a(chǎn)，才能真正推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

    “質(zhì)量可控的石墨烯對(duì)其后續(xù)的應(yīng)用非常重要，石墨烯的層數(shù)、純度、大小、厚度、缺陷，都會(huì)對(duì)其性質(zhì)產(chǎn)生影響。如石墨烯片的細(xì)微差別可對(duì)其電子和光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生不同的影響?！焙钍糠逭f(shuō)：“利特納米的理念是首先解決石墨烯產(chǎn)品均一控制等主要問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上充分發(fā)揮其實(shí)際應(yīng)用潛力?！?/P>

    侯士峰說(shuō)，利特納米材料有限公司利用自身的技術(shù)儲(chǔ)備，不斷探索材料高通量、多層次跨尺度一體化設(shè)計(jì)、高效制備和表征的新方法和新技術(shù)，并開(kāi)發(fā)面向復(fù)合材料、能源和環(huán)境領(lǐng)域的石墨烯設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)石墨烯材料成分、結(jié)構(gòu)和性能的精確調(diào)控。發(fā)展石墨烯綠色無(wú)污染制備技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好、低污染、低能耗、高產(chǎn)率石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)；設(shè)計(jì)具有原創(chuàng)性的石墨烯能源材料、復(fù)合材料；發(fā)展用于環(huán)境污染重金屬處理材料；研發(fā)具首創(chuàng)性和前瞻性的石墨烯新材料。

    “堅(jiān)持成熟的理論和設(shè)計(jì)理念對(duì)石墨烯的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展十分關(guān)鍵?！焙钍糠逭f(shuō)。