李源槿+卫婷+代婷+郭飞+邓雷

[摘 要]氧化石墨烯具有独特的物理化学性质，在吸附分离领域得到了广泛的应用。本文重点总结和评价了近年来氧化石墨烯及其复合材料应用于核素去除的研究进展，并对它们在放射性核素去除中的应用前景做了展望。

[关键词]氧化石墨烯，复合材料，核素，吸附

中图分类号：TQ 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0387-01

1.引言

石墨烯（Graphene）是一种由sp2杂化的碳原子以正六边形排列形成的二维碳材料，具有独特的物理化学性质，迅速成为了全球的研究热点[1]。氧化石墨烯（graphene oxide，GO）作为石墨烯的一种衍生物，具有高的比表面积、良好的热和化学稳定性。GO表面含有大量亲水性的含氧基团，如羟基、羧基等，使其具有良好的亲水性，同时便于对其进行功能化修饰[2]。这些含氧基团还能与金属离子，特别是多价金属离子发生络合作用，用于去除水中的金属离子，具有较强的吸附能力。此外，通过对GO进行功能化改性，可提高其吸附性能[2]。

2.氧化石墨烯作為吸附剂的研究

目前，基于GO及其复合物的吸附剂已广泛用于放射性核素的分离富集与去除研究。铀是最常见的核素， GO可直接作为吸附剂吸附U（VI），具有较强的吸附能力。多层和单层GO对铀的吸附容量可达97.5和299 mg g-1，进一步的研究表明吸附受溶液pH影响，与离子强度无关，表明该吸附过程主要通过内层表面配位作用进行，GO表面的含氧基团在吸附过程中起主要作用[3]。此外，GO还可用于其他核素如Th（IV）、Sr（II）以及Eu（III）等的吸附，对这些金属离子的吸附能力有所不同，如GO能在U（VI）存在下选择性吸附Th（IV），在pH 3.8时Th（IV）/U（VI）的分离系数可达36.3，研究表明U（VI）吸附到GO上导致片层之间距离减小，降低了GO的吸附能力，这些结果表明GO可用于铀钍分离。

3.氧化石墨烯复合材料作为吸附剂的研究

GO直接作为吸附剂也存在一些问题和不足。一方面，GO具有良好的亲水性，难以从料液中分离。同时GO在水溶液中存在聚集现象，导致其吸附性能降低[4]。另一方面，GO本身的吸附性能如吸附容量和选择性有限。通过对GO进行复合或功能化有望解决上述问题，成为近几年的一个重要研究方向。如将GO与磁纳米颗粒复合制备超顺磁性GO可实现吸附剂的磁分离，提高其分离性能。而将GO固定到纤维状海泡石上则可显著减少GO的聚集，提高其吸附性能。此外，在GO表面生长结晶MnO2制备MnO2/GO复合物吸附剂，可有效减少GO的聚集以及片层间的堆叠，提高其吸附容量，该复合物对Th（IV）与U（VI）的吸附容量分别为 497.5 mg·g-1和 185.2 mg·g-1。

对GO进行化学改性，在其表面引入具有强吸附能力的聚合物或有机功能配体，可显著减少其聚集以及片层间的堆叠，提高其吸附性能。目前已有多篇论文报道了用于核素去除的GO基吸附剂。王祥科课题组采用原位聚合法合成了环糊精修饰的GO（CD/GO），用于同时除去U（VI）和腐植酸[5]，两者的吸附行为受料液pH值和离子强度的影响，腐植酸在低pH值时促进铀吸附，高pH值时降低铀吸附。聚多巴胺（PD）含有大量的儿茶酚和胺基，可用于金属离子的吸附。但是，PD易发生聚集，限制了其吸附应用。通过多巴胺单体在GO表面的自聚合制备聚多巴胺氧化石墨烯复合物（PD/GO），可有效减少PD的聚集，提高其吸附容量。此外，聚苯胺氧化石墨烯复合物（PANI/GO）也被用于放射性核素的吸附研究，其对U（VI）、Eu（III）、Sr（II）和Cs（I）都具有良好的吸附性能。其中，对 U（VI）具有极强的吸附能力，最大吸附容量可达1960 mg·g-1（pH 5.0）。

4.结语

目前，氧化石墨烯及其复合材料在放射性核素的吸附研究中发展迅速。然而该研究领域仍有很多亟需解决的问题，如GO基吸附剂的批量合成以及分子水平结构的研究等。相信随着研究的不断深入，氧化石墨烯及其复合物吸附剂会有更加广阔的发展前景。

参考文献

[1] 肖蓝，王祎龙，于水利，唐玉霖.石墨烯及其复合材料在水处理中的应用[J].化学进展，2013，25：419-430.

[2] 韩强，王宗花，张晓琼，丁明玉.石墨烯及其复合材料在样品前处理中的应用[J].化学进展，2014，26：820-833.

[3] Romanchuk A. Yu.， Slesarev A. S.， Kalmykov S. N.， Kosynkin Dmitry V.， Tour J. M.， Graphene oxide for effective radionuclide removal. Phys. Chem. Chem. Phys.， 2013，15： 2321-2327.

[4] Sun Y.， Shao D.， Chen C.， Yang S.， Wang X. Highly Efficient Enrichment of Radionuclides on Graphene Oxide-Supported Polyaniline. Environ. Sci. Technol. 2013， 47：9904？9910.

[5] Song W.， Shao D.， Lu S.， Wang X. Simultaneous removal of uranium and humic acid by cyclodextrin modified graphene oxide nanosheets. Sci China Chem， 2014， 57： 1291-1299.