近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所环境与能源纳米材料中心在重金属污染物治理领域的研究取得新进展，成功制备出了三维石墨烯/二氧化锰复合气凝胶材料，该材料对重金属有很好的去除性能。目前治理重金属污染的方法有很多，其中吸附法因简单、高效、污染小等优点，被认为是最有前景的处理方法。传统的吸附剂材料都存在吸附量低、易团聚、极易产生二次污染、分离困难和循环性能差等瓶颈问题。
针对上述问题，固体所环境与能源纳米材料中心研究团队以石墨烯材料为原料，制备出三维石墨烯气凝胶材料，然后以该材料为模板沉积二氧化锰，制备出三维石墨烯/二氧化锰复合气凝胶材料，其中二氧化锰呈薄片状，均匀地分布在石墨烯的表面。
所获得的石墨烯/二氧化锰复合气凝胶能高效地去除污染水体中的 Cu(II)、Cd(II) 和 Pb(II) 离子等，其吸附动力学符合准二级模型，吸附等温线符合 Langmuir 模型，相应的饱和吸附量分别为 228.46、250.31 和 643.62 mg/g。
这种材料增强的吸附性能，主要来源于三维石墨烯/二氧化锰复合气凝胶中大量的含氧官能团对重金属离子的络合，以及层状二氧化锰与重金属离子的离子交换作用。此外，该气凝胶材料还具有良好的循环稳定性，经过 8 次吸-脱附实验后，其吸附效率仍可达到初始吸附容量的 98%。因此，三维石墨烯/二氧化锰复合气凝胶材料的设计合成为重金属污染物的治理提供了崭新的思路和技术支撑。
该研究工作得到“973”项目和国家自然科学基金项目的资助。相关研究成果发表在 Journal of Materials Chemistry A , 2016, 4, 1970–1979。图 1. (a)、(b) 三维石墨烯气溶胶的照片；(c)、(d) 三维石墨烯/二氧化锰复合气溶胶的扫描与透射电镜照片（蓝色代表石墨烯片、红色代表二氧化锰）。
图 2. 三维石墨烯/二氧化锰复合气溶胶对重金属离子的吸附示意图。