被铅等有毒金属离子污染的水是致命疾病和紊乱传播的主要原因。将氧化铁的单罐生产掺入还原的氧化石墨烯（rGO）纳米复合材料中以去除受污染水中的有害铅离子是最近在《Materials Today: Proceedings》杂志上发表的一项研究的主题。
研究：用于废水处理的磁铁矿-石墨烯纳米复合材料的合成。图片来源：Peter Milto/Shutterstock.com
重金属污染水
重金属是天然存在的元素，具有高原子质量，至少是水密度的五倍。它们因许多工业、住宅、农业、医疗和技术用途而在环境中广泛分散，令人担忧它们可能对公共卫生和环境造成的后果。
由于其细胞毒性和不可生物降解的特性，淡水环境中重金属离子中毒对所有水生生物构成严重危害。这些有害离子在生物体中迅速聚集，但不易分解，导致海洋生物的大量死亡。
铅（Pb（II））离子：最常见的重金属污染物
铅是一种蓝灰色金属，在地壳中以微量自然存在。虽然铅天然存在于生态系统中，但化石燃料燃烧，采石和大规模生产等工业活动会导致过量的释放。
它是最常见的重金属污染，浓度分别超过0.01 ppm和0.015 ppm，对水生生物和人类有害。
一些研究发现，铅离子会阻碍水生生物的转化过程，神经生物学和其他发育过程。同时，长期接触这种有毒金属离子可能会损害人类的大脑、心脏、肾脏和生殖系统。因此，工业废水在排放到环境中之前必须经过处理。
以往水处理方法的局限性
有毒金属离子通常通过吸附、聚集、絮凝、沉淀、过滤和催化分解来去除。吸附是最有效的废水分离过程。因此，从有机到合成的各种材料都被用作吸附剂。遗憾的是，这些化合物具有低吸附和回收率的特性。
石墨烯，石墨烯化合物和石墨烯复合材料最近已成为水处理的潜在替代品，因为它们具有出色的性能，例如大表面积，其表面上各种吸附位点的可用性以及碳基体上的π电子运动。
然而，单层石墨烯制造成本高昂，不适合大批量生产。因此，氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（rGO）被用作替代品。吸附后，这些组分的分离是困难的。近年来，有人提出一种磁性纳米吸附剂作为解决这个问题的方法。
一种用于水处理的新型氧化铁嵌入式rGO纳米复合材料
氧化铁（Fe3O4）磁性纳米颗粒由于其高磁化性，细胞相容性和催化性能，被广泛用于各种应用中，包括传感，生物工程，磁存储和环境修复。rGO-Fe3O4纳米复合材料（mrGO）结合了rGO的吸附能力和Fe3O4的磁性能力，可以作为理想的吸附剂。
在这项研究中，研究人员提出了一种生产mrGO的简单技术，以及对mrGO复合材料对Pb（II）吸收的彻底检查。最初使用改进的悍马法（IHM）来制造GO，然后使用水热法在rGO薄膜上制造磁铁矿纳米颗粒。采用多种表征方法对所制备的纳米复合材料的形貌和表面性能进行了表征.
对合成的mrGO进行铅离子去除测试。对mrGO进行了等温线和动力学研究， 以确定mrGO纳米颗粒上的最大提取效率和铅离子吸附过程.
研究的主要发现
mrGO的制备采用单罐水热法完成。一项结构和形态学研究验证了使用几种表征方法有效创建极多孔的mrGO。吸附分析表明，mrGO是脱铅（II）的有力选择。
动力学研究证实，Pb（II）离子在新创建的mrGO上的吸附与PSO动力学模型相匹配，表明表面络合。所有这些发现都表明，mrGO化合物是从水中去除Pb（II）离子的有效选择。它也可以用作其他污染物的可能吸附剂。本研究表明，mrGO纳米复合材料是一种可行且环保的吸附剂，在废水处理方面具有相当大的前景。
参考
Sahu, P. S. et al. (2022). Synthesis of magnetite-graphene nanocomposite for wastewater treatment. Materials Today: Proceedings. Available at: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.04.99
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