В последние годы международное научное сообщество уделяет большое внимание вопросам очистки сточных вод от органических загрязнителей (газа или жидкости), красителей или тяжелых металлов.
Такие красители, как бенгальский розовый, эозиновый Y, эозиновый B, блестящий зеленый, метиленовый синий, малахитовый зеленый, тартазин и понсо 4R, являются основными загрязнителями воды и они могут быть удалены при помощи фотокаталитических процессов (при видимом или УФ излучении). Другие опасные красители, такие как толуидин-синий, аурамин-О, кристаллический фиолетовый, хинолин-желтый, аурамин-О, эритрозин и сафранин-О были разложены с помощью металлоорганических структур на основе бинарных временных соединений и активированного углерода.
Что касается ионов металлов, то удаление Al3+ (токсичного соединения, которое в настоящее время связано с болезнью Альцгеймера и повреждением нервной системы) было успешно проведено с использованием активированного угля, дополненного наночастицами.
Загрязнение воды ионами тяжелых металлов в результате промышленной деятельности, такой как гальванизация, добыча полезных ископаемых и производство цемента/химии, является серьезной проблемой во всем мире. Использование наночастиц помогает адсорбировать эти вещества.
Тяжелые металлы, такие как шестивалентный хром (Cr(VI)) и мышьяк (As(III), As(V)), их ионы - трудно удаляются и являются высокотоксичными для человека из-за канцерогенного действия. Есть несколько методов удаления ионов Cr и As: простая адсорбция, мембранное разделение, ионный обмен, экстракция растворителями, выпадение осадков, электрокоагуляция и электроосаждение.
Среди всех методов, электрокоагуляция и разделение мембранной адсорбцией стали популярны благодаря своей относительно низкой стоимости, высокой эффективности и успешно применяются для очистки и рекультивации текстильных сточных вод, нефтяных отходов, биодизельных сточных вод, мышьякосодержащих вод и др.
Несмотря на то, что электрокоагуляцией удаляется достаточно большой процент ионов тяжелых металлов, основными недостатками являются: высокое рабочее напряжение (30-40 В), огромные куски электродов площадью от 6 до 50 см2 и аноды, которые необходимо заменить после нескольких циклов использования.
С другой стороны, удаление ионов тяжелых металлов с помощью полимерных абсорбентов дало многообещающие результаты: например, метод разделения с использованием отпечатанного полимера в качестве селективного адсорбента для удаления ионов Cr (III) из загрязненной воды.
Эффективность удаления ионов Cr и As может быть повышена при использовании легких материалов с высокой площадью поверхности, хорошими механическими свойствами и высокой электропроводностью, например, графен. Эффективно использование трехмерной графеновой структуры углеродных нанотрубок из оксида железа с открытой поровой сетью, которая способствует взаимодействию оксидов железа (удаляющих агентов) с ионами As (V). 3D-структуры оксида графена, функционализированные глутатионом, также эффективны для удаления ионов As (V) и As (III) с эффективностью более чем 92%. Наличие магнетита позволяет достигать максимальной адсорбционной способности и максимальной адсорбционной эффективности. Графеновые аэрогели, декорированные наночастицами α-FeOOH обладают выдающейся адсорбционной способностью.
Несмотря на то, что результаты удаления ионов тяжелых металлов с помощью 3D-графеновых структур или аэрогелей на основе графена являются перспективными, эти материалы требуют длительных и сложных процедур для их синтеза или функционализации поверхности. Поэтому графеновые композиты, изготовленные в более короткие сроки, без функционализации поверхности и без включения других наночастиц (обычно оксидов железа), снижают затраты.
Гибкость, высокая производительность при удалении тяжелых металлов и простота изготовления ГХ предлагают реальный вариант удаления ионов металлов на водоочистных сооружениях.
Твердые графеновые композиционные материалы способны удалять ионы тяжелых металлов As и Cr методом электроосаждения. Материал очень пористый, что положительно сказывается на удалении загрязняющих веществ, так как увеличивается площадь поверхности.
Загрязнения As и Cr были удалены путем образования гидроксидов и оксидов на поверхности композитов. Твердый графеновый композит может быть легко удален из воды после адсорбции загрязняющих веществ, что труднодостижимо при использовании материалов порошкового типа. Поэтому, твердые графеновые композиты могут быть альтернативой по удалению тяжелых металлических загрязнителей из сточных вод в шахтах или водоочистных сооружениях.