近年来,有机污水排放和石油泄漏事故频发,造成水资源严重污染,直接威胁生态平衡和人类健康。迄今为止,人们已经制备了各种炭气凝胶来处理上述污染物。在所有的炭气凝胶中,石墨烯气凝胶因具有极高的比表面积、高的孔隙率、优异的热稳定性和机械性能等优点,受到极大关注并被广泛应用于环境修复领域。然而,利用氧化石墨烯制备石墨烯气凝胶存在一系列的问题,例如:如何抑制石墨烯的团聚问题?如何降低石墨烯气凝胶高成本问题?如何通过结构设计实现优异机械性能和高吸附能力?针对以上问题,本论文从石墨烯气凝胶结构设计和有效复合改性出发,制备高吸附性能的石墨烯基复合气凝胶。具体研究如下:1.首先,将氧化石墨烯和一定量的氧化煤在水溶液中通过自组装进行交联,从而形成石墨烯复合水凝胶,然后进行冷冻干燥、化学气相沉积表面疏水改性,成功地制备疏水多孔的石墨烯/氧化煤复合气凝胶。研究表明,通过对氧化煤添加量的调控,实现了对复合气凝胶的形貌、机械性能和吸附性能调控。当氧化煤和氧化石墨烯的质量比为1:1时,石墨烯复合气凝胶具有优异的吸附能力(196 g g-1)。经过10次吸附循环后,石墨烯复合材料吸附能力仅下降15%。2.以盐酸多巴胺为交联剂,将氧化石墨烯和一定量的煤基碳纤维通过水热自组装形成石墨烯复合水凝胶,随后对其进行冷冻干燥和表面疏水修饰,制备了超疏水多孔蜂窝状石墨烯/煤基碳纤维复合气凝胶。研究表明,煤基碳纤维的引入,有效的抑制了石墨烯片的重堆积,增强了复合气凝胶的机械性能和吸附能力。当氧化石墨烯和煤基碳纤维的质量比为3:1时,石墨烯复合气凝胶具有优异的吸附能力(240 g g-1)。3.受植物中毛细管驱动泵的启发,通过交联二维的氧化石墨烯和一维功能化石墨带,我们制备了疏水毛细管状的石墨烯/石墨带复合气凝胶。通过对复合气凝胶结构的设计,实现了其优异的机械性能。在毛细管作用力下,有机物被快速的吸附。同时,该材料具有优异的有机物吸附能力,最大吸附量为447 g g-1。该材料具有良好循环稳定性,10次吸附循环后,其吸附能力仅下降10%。通过建立有机溶剂吸收机理模型,阐述了吸附机理。