为石墨烯未来的环境风险评估奠定基础

自最初分离以来，石墨烯片已被广泛用于各行各业。然而，随着石墨烯基材料（GBMs）工业需求的增加，需要大量的研究来研究石墨烯基材料（GBMs）可能的环境危害。

研究：2004年至2030年欧洲石墨烯基材料的前瞻性动态和概率材料流分析。图片来源：Hong, H. et al. Environ. Sci. Technol. (2022)

最近发表在《Environmental Science & Technology》上的一项研究通过动态概率材料流动分析（DPMFA）对石墨烯的环境问题进行了初步评估，从而解决了这个问题。

石墨烯：21世纪的材料

石墨烯是一种独特的材料，由一个原子厚的蜂窝状碳层制成。石墨烯被认为是世界上最薄、最坚韧、导电性最强的物质。许多全球研究机构对石墨烯的特性感到兴奋，因为它可以改变整个行业。

石墨烯是地球上最强的物质，可用于提高其他材料的强度。许多研究表明，即使将微量的石墨烯添加到聚合物或金属中，也可能显着提高其强度。这些石墨烯增强复合材料在航空航天、建筑材料、移动电子和其他各个领域都有潜在的应用。

石墨烯因其高热导率和电子亲和力而被用于许多商业应用，包括轻质材料，导电油墨，防腐涂料和生物医学传感器。此外，石墨烯的高表面积体积比使其成为许多储能应用（如电池和超级电容器）的潜在材料。

与石墨烯相关的环境问题

由于石墨烯在各种应用中的潜力，涉及石墨烯的研究和出版物的数量迅速增加。由于石墨烯勘探的快速增长，工业制造能力的增强以及制造价格的下降，预计未来几年将加速。

然而，石墨烯用途的迅速扩大引发了人们对其可能的环境后果的广泛担忧。当新技术迅速出现时，迈向适当治理的进展通常会滞后。安全和可持续设计（SSbD）方法试图通过在产品开发框架的初步阶段引入安全问题来弥补这种差距。

在这方面，基于SSbD技术的石墨烯环境风险评估至关重要，因为许多石墨烯产品仍处于其开发的早期阶段。

石墨烯基材料的生命周期评估

生命周期评估（LCA）是从开发和生产阶段到使用和处置确定产品和物质的环境风险的合适方法。

据广泛报道，随着石墨烯产量从实验和原型研究增长到工业水平，累积的环境影响预计将减少。石墨烯尚未被大多数生命周期分析视为严重的环境风险。

虽然生命周期评估（LCA）是分析生态影响的宝贵技术，但由于缺乏生命周期清单统计数据和毒性相关后果的纳米特定表征参数，其应用于石墨烯等合成纳米材料仍然具有许多局限性。

一种石墨烯环境风险评估的新方法

分析物质生态影响的另一种方法是环境风险分析。对石墨烯的几项生态毒性研究表明，它对各种生物都是有害的，包括细菌，植物和动物。

物料流分析 （MFA） 是一种成熟的方法，用于分析产品流和库存的整个生命周期。然而，MFA缺乏材料生命周期的关键概率特征。动态概率物料流分析（DPMFA）的创建是为了解决这个问题，并考虑材料生产率的波动。

鉴于环境通量数据的稀缺性和石墨烯的脆弱性，目前的研究通过预测石墨烯的分布并确定各种环境情况下的预计释放量，为石墨烯的未来环境风险评估奠定了基础。

研究重点及未来展望

目前的研究是第一个模拟和量化石墨烯释放到生态系统中的量的研究。尽管预计石墨烯产量将在未来几年迅速增加，但由于其寿命长和石墨烯应用的大量使用库存，石墨烯利用的流出仅表现出适度的积极趋势。

然而，用于测量和区分合成纳米材料与有机纳米材料的分析方法是不够的。因此，目前很难验证本研究中使用的石墨烯的释放模型。

基于上述考虑，应该谨慎解释这项研究的结果，尽管它们可能有助于估计未来的实际石墨烯浓度。

参考

Hong, H. et al. (2022). Prospective Dynamic and Probabilistic Material Flow Analysis of Graphene-Based Materials in Europe from 2004 to 2030. Environmental Science & Technology. 可在以下地点找到： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c04002