石墨烯(graphene)是由单层碳原子堆积形成具有蜂窝晶格状结构的二维纳米材料,巨大的比表面积、优异的化学稳定性和结构稳定性等特性使其具有广阔的应用前景。但石墨烯的制备是限制其应用的瓶颈。在石墨烯制备方法相中,氧化石墨(GO)还原法具有成本低、产量高和可大规模生产等优点,是石墨烯量产潜在有效的途径。目前GO的还原主要通过添加强化学试剂来实现,不仅存在操作风险,化学试剂的残留对环境的二次污染,制备的还原氧化石墨烯(rGO)片层还倾向于团聚和堆叠,影响rGO的性能。生物还原法是一种环境友好的方法,但是目前的生物法还原效率低,反应条件苛刻;此外,粉末状的还原氧化石墨烯自身存在纳米毒性,暴露于环境中会对人体、生物和生态环境产生危害,且难以回收利用。因此,研发高效生物还原氧化石墨烯方法并制备结构稳定的石墨烯材料成为推动石墨烯应用的关键技术。针对上述研究背景及现存问题,本课题组利用筛选得到的海洋菌Shewanella sp.CF8-6为还原剂,实现了 GO的高效还原,制备了表面残留少量含氧官能团,即生物还原氧化石墨烯(Biologically Reduced Graphene Oxide,BRGO)粉末材料。在此基础上,为突破石墨烯应用的局限性,强化三维石墨烯气凝胶(graphene oxide,GA)结构的稳定性,本研究设计制备了生物还原氧化石墨烯/聚乙烯醇气凝胶(PVA-GA),对其组成、结构形貌进行了表征分析,并对其在水处理吸附性能进行了探究。主要研究结果与讨论如下:(1)通过改进的Hummers法及超声剥离制备了 GO,以海洋菌Shewanella sp.CF8-6为还原剂,在水溶液中还原了 GO,得到BRGO溶液,并将其按一定比例与交联剂PVA混合反应,制备了三维多孔网状结构的PVA-GA。(2)利用X射线光电子能谱分析(XPS)、傅里叶红外红外光(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对GO、BRGO和PVA-GA进行了化学组成、晶型结构和表面形貌的系统分析。XPS、FTIRXRD和Raman结果显示,GO被还原后,C-O及OH、COOH等含氧官能团含量减少,层间距由0.79 nm降低至0.38 nm,证实CF8-6成功地还原了 GO,并且BRGO具有良好的晶型结构及较低的ID/IG值(1.26),故该还原过程反应温和,对GO结构破坏小;SEM与TEM图显示BRGO表面光滑,有略微褶皱,片层团聚少,并且与PVA成功地交联,形成了具有三维多孔网状结构的PVA-GA。(3)研究了 PVA-GA作为新型纳米级吸附材料对水体中的有害组分——有机染料(亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR))和重金属离子(Cd2+和Pb2+)的去除效果。结果表明,该材料对有机染料和重金属离子都表现出高效吸附,在溶液初始污染物浓度为50 mg/L时,最高吸附率均可达95%以上,MB、CR、Cd2+和Pb2+平衡吸附量分别为 135.17 mg/g,134.24 mg/g,155.27 mg/g 和 145.54 mg/g;该吸附过程受环境影响因子(吸附质浓度、pH和温度)的影响小。上述结果表明,制备的PVA-GA具有三维多孔网状结构,交联剂的使用不仅增强了 PVA-GA的结构稳定性,还提供了更多的吸附位点,为污染物的吸附提供了有利条件。该材料在制备过程中使用PVA降低了制备成本,且提高了其稳定性,可回收性和循环再生性,实现了高效节能环保材料的制备。