近年来,原油及有机液体泄漏事故频发,严重污染水体资源,直接威胁海洋生物和人类的健康。石墨烯(RGO)由于其固有的疏水性、大的比表面积和优异的化学稳定性,而用于制备高性能吸附材料。但是,如何通过有效调控石墨烯的孔隙结构及表面亲疏水性,最大限度地发挥石墨烯的优良特性,实现大容量、快速率、选择性吸附等目的,有待研究者深入地探索。在实际应用中,石墨烯基吸附材料还会遭受温度变化、酸碱环境、循环使用性能等考验。基于此系列问题,本论文旨在从石墨烯的自身结构和性能出发,通过模板法和自组装法制备两种不同的三维石墨烯多孔吸附材料,分析其润湿性、稳定性、吸附能力及可循环使用性等,综合探究石墨烯材料在污水处理中的应用。具体的研究内容及结果如下:1、通过模板法制备石墨烯海绵材料,以多孔的高分子聚氨酯(PU)海绵为模板,采用一步浸提法,将RGO负载在海绵基体上。首先,采用两种常用方法制备石墨烯,分别是化学试剂(水合肼)还原法和高温还原法制备的CRGO和HRGO,通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)和比表面积测试仪(BET)证实:与CRGO相比,HRGO具有更膨胀的片层结构、更宽的层间距、更少的表面缺陷和更大的比表面积。然后将两种RGO通过浸提法负载在多孔PU海绵上,HRGO/PU海绵的水接触角为150.0±2.5°,达到超疏水界限。采用二元长短链混合的有机硅烷溶液表面改性RGO/PU海绵,其疏水性明显提高,改性后的S-HRGO/PU海绵水接触角达到162.4±1.0°,实现了超疏水。在不同的温度、pH条件下,S-HRGO/PU海绵保持稳定的超疏水性。S-HRGO/PU海绵对多种有机溶剂、油品展现出高的吸附能力,为48-74 g/g;循环使用20次后,仍能保持稳定的吸附能力。另外对于高粘度油品,通过电流在海绵中产生的焦耳热可以降低油的粘度,提高水油分离速率。实验证明:在焦耳热的辅助下,S-HRGO/PU海绵对高粘度油的吸附速率大大提高,水油分离时间缩短了37.9%。2、通过自组装法制备石墨烯气凝胶多孔材料,利用石墨烯片层间的范德华力、共轭π-π键等,将片状石墨烯组装为三维多孔结构。分别采用水合肼、维生素C、水热三种还原方式,制备RGO气凝胶,研究还原方法、反应时间对RGO气凝胶成型的影响,探究最佳的工艺条件。通过对比发现,不同还原方法制备的RGO气凝胶在密度、形貌、比表面积、润湿性、吸附能力等方面均有较大的差异。对RGO气凝胶进行氮掺杂,添加两种纤维物质(生物质纤维素、碳纤维)作为支撑,制备RGO气凝胶。实验发现,氮掺杂的碳纤维/石墨烯气凝胶提高了气凝胶材料的结构稳定性,展现出超轻密度(7.19 mg/cm~3)和高比表面积(329.602 m~2/g)。同时,其性能也进一步提升,氮掺杂的碳纤维/石墨烯气凝胶具有超疏水性、高的吸附能力(206.38 g/g)、可循环使用性、出色的机械压缩性能和热稳定性。