石墨烯复合材料具有高电荷载流子迁移率，大表面积以及良好的生物相容性，使得石墨烯复合材料成为废水净化方面的理想材料。按复合组分的不同，可将石墨烯复合材料分为石墨烯-纳米粒子复合材料(石墨烯与纳米粒子复合)、石墨烯-聚合物复合材料(石墨烯作为添加材料或载体与聚合物进行复合)、石墨烯-碳基材料复合材料(石墨烯与碳纳米管、富勒烯等组装形成复合材料)。石墨烯还可以与高分子材料、金属氧化物等其它物质组成复合材料。
1、石墨烯-纳米复合材料在废水处理中的应用
Cheng等通过Hummers法制得氧化石墨烯(GO)，对GO进行功能化，后采用水热法以TETA为还原剂制备了还原的氧化石墨烯/Ag纳米颗粒复合物，该复合物对痕量浓度的Cu2+、Cd2+和Hg2+的检测限分别为10～15M、10～21M和10～29M。其可用于检测痕量重金属离子的传感器上。Lingamdinne等制备的磁性氧化石墨烯的纳米复合材料(MGO)具有优异的磁特性、高比表面积、高化学稳定性等特点，已被广泛用于从水性环境中去除重金属、放射性核素和有机染料。Jabeen等通过在氩气氛下氧化石墨烯和氯化铁的****还原制备纳米零价铁纳米颗粒石墨烯复合物(G-nZVI)，通过吸附实验测得6wt%GO负载量的G-nZVI复合材料对Pb(II)的吸附能力大。
2、石墨烯-聚合物复合材料在废水处理中的应用
石墨烯聚合物复合材料具有优异的导电性、机械性、储能性等性能，可实现对污水的检测与处理。2006年Ruoff等报道了石墨烯/聚苯乙烯复合材料。随后，石墨烯/聚合物复合材料的相关研究取得了飞速发展，进而成为研究热点。石墨烯/聚合物复合材料可通过原位聚合法、溶液共混法、熔融共混法制得。Shao等采用原位聚合技术合成了聚苯胺改性氧化石墨烯(PANI/GO)复合材料，并应用于水溶液中预浓缩U(VI)。PANI/GO复合材料对U(VI)的大吸附能力在pH值=5.0时达到1960mg/g，在pH值=3.5时达到610mg/g，比传统吸附剂和纳米材料高出两个数量级。PANI/GO复合材料对高浓度盐具有理想的耐受性，并且具有良好的再生循环利用性能。PANI/GO复合材料在核燃料水溶液中提取U(VI)和清除环境污染方面具有很好的应用前景。Saleh等制得石墨烯/聚酰胺复合材料，该复合材料吸附性能好，再生效率高，对水溶液中的Sb(III)有很高的吸附能力(158.2mg/g)，可作为Sb(III)去除的新型吸附剂。Hu等制备了石墨烯氧化物/聚吡咯(GO/PPY)复合材料，这种材料对苯酚和苯胺的吸附能力非常高，并且通过乙醇对苯酚和苯胺的解吸可再生出GO/PPY复合材料，吸附能力没有明显下降，可循环使用。Zheng等采用漆酚与氧化石墨烯(GO)片反应并聚合，形成由聚合物骨架连接的3D石墨烯聚漆酚(3D-PU-G)。与传统的3D-G相比，3D-PU-G复合材料疏水性、吸附能力、机械强度和可回收性均有显著提高，非常适合用于水的净化。例如，3D-PU-G在20kPa以上具有较高的稳定性和强度，并且对水中的各种有机溶剂和油的吸附能力较3D-G也提高了1.62～1.97倍。在运行100多个循环后，3D-PU-G复合材料依然表现出高度稳定的强度和吸附能力，而3D-G复合材料仅仅只能运行3个循环。
3、石墨烯-碳基材料复合材料在废水处理中的应用
石墨烯/碳纳米管复合材料在化学传感器中有着重要的应用。Peng等制造了由石墨烯/半导体单壁碳纳米管(T@FG)组成的异质薄膜晶体管化学传感器，对NH4+的检测具有很高的灵敏度，在毫摩尔离子强度溶液中的检测限低至0.25μm。Chen等制作的石墨烯/碳纳米管复合材料可用于检测对乙酰氨基酚(APAP)的电化学传感器上，且呈现出优异的选择性和稳定性，这是因为石墨烯/碳纳米管复合材料具有高表面积和多模孔结构，可以提供很大的传感面积和有效的运输通道。Hu等制备了还原型氧化石墨烯和多壁碳纳米管复合材料RGO-MWNTs，解决了几种污染水资源的酚类化合物不容易区分检测的问题。石墨烯/碳纳米管复合材料具有优异的催化活性、较强的导电性、高比表面积和多孔结构，使用石墨烯/多壁碳纳米管复合材料修饰的电极可以区分检测样品中的对苯二酚(HQ)、邻苯二酚(CC)、对甲酚(PC)和亚硝酸盐(NO-2)。Sui等通过加热氧化石墨烯和碳纳米管与维他命C的混合物制备水凝胶前驱体，通过超临界CO2干燥此水凝胶前驱体制备石墨烯/碳纳米管复合材料，制得的材料可以清除河水中的有机染料、重金属离子等污染物，为治理水污染提供了新方法。Ai等制备了柱状石墨烯/碳纳米管复合材料并将之用作染料的吸附剂，经过吸附实验测试，该复合材料对亚甲基蓝的大吸附量可达81.97mg/g，在亚甲基蓝的初始浓度为10mg/L时清除效率达到97%。这种复合材料可以用于清除废水中的有机染料。
4、其他石墨烯复合材料在废水处理中的应用
Guo等通过Hummers法制得氧化石墨烯(GO)，用Fe3+处理以形成Fe3+@GO络合物，后通过添加NaBH4溶液，Fe3+和GO原位还原为Fe和石墨烯，形成Fe纳米颗粒@石墨烯复合物(FGC)。FGC的形态和结构研究结果表明，尺寸为5nm的Fe纳米颗粒可以精细地分散在石墨烯片上。FGC对印染废水中的甲基蓝具有很好的脱色作用，与裸Fe颗粒相比，FGC杂化物显示出更好的去除能力。Liu等将石墨烯氧化，与Fe2+/Fe3+溶液混合，通过高压水热反应制得氧化石墨烯(Go)-Fe3O4复合材料，该复合材料表面引入了大量的官能团，这些官能团可以被各种分子固定，对废水中Cu2+的去除能力强，在重金属离子污染等方面具有良好的应用前景。Luo等组装的凹凸棒纳米纤维/GO复合物膜，水通量高达221.16L/(m2·h·bar)，比纯GO膜高7.7倍，表明其在水处理中潜在的应用前景很大。
