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石墨烯纳米材料是近年来兴起的一种二维碳纳米材料,由于其大的比表面积和强的可修饰能力,在环境领域中主要被用作吸附剂或催化剂的载体,富集或去除环境中的污染物。但是随着研究的不断深入,人们逐渐发现石墨烯纳米材料除了能够强烈地吸附污染物外,其本身也具有催化活性,可以使一些被吸附的污染物发生转化与降解,从而改变它们在自然界中的赋存形态和环境行为。这种现象的存在一方面会导致石墨烯纳米材料的吸附实验数据出现偏差,另一方面也会给石墨烯纳米材料的应用和环境风险评价带来不确定因素。但由于石墨烯纳米材料出现的时间较晚,目前关于自然环境中石墨烯纳米材料促进有机污染物降解的研究还非常少。 本论文采用Hummers和热还原的方法分别制备了氧化石墨烯和石墨烯。利用批实验方法研究了它们对几种酚类污染物转化与降解行为的影响。通过污染物性质的对比、溶解氧实验和电子顺磁共振光谱,初步总结出了石墨烯纳米材料促进酚类污染物转化与降解的规律,并探讨了产生这种现象的微观机理。本论文主要取得了以下研究成果: 1.考察了对苯二酚在石墨烯上的转化与降解行为,结果显示石墨烯可以显著促进对苯二酚转化成对苯醌。36h内对苯二酚的降解率为76%,其降解动力学符合拟一级动力学方程。石墨烯的浓度和溶液pH值都会影响对苯二酚的降解。石墨烯的活性边缘和缺陷位点以及其优良的电子传递能力是导致对苯二酚降解的关键因素,溶解氧可以与石墨烯的边缘和缺陷位点作用生成活性氧中间体,这些活性氧中间体与对苯二酚反应生成半醌自由基,半醌自由基则进一步与溶解氧反应生成对苯醌; 2.酚类污染物在石墨烯上氧化降解的难易程度与其取代基团的电子效应密切相关。所选五种酚类污染物在石墨烯上降解从易到难的顺序为:4-甲氧基酚>4-甲基酚>苯酚>4-氯酚>4-硝基酚。由于酚的氧化反应是一个失电子过程,因此取代基的供电子能力越强,酚类污染物越容易被氧化降解;反之,如果取代基的吸电子能力越强,酚类污染物越难被氧化降解。该降解顺序与这些酚类污染物Hammett常数的大小呈负相关关系,因此Hammett常数可以作为一个指示因子来反映酚类污染物的降解趋势。另外,环境中的Fe3+与石墨烯存在协同作用,它能显著促进五种酚类化合物在石墨烯上的降解。