石墨烯是由sp2杂化碳原子相互连接形成的蜂窝状二维晶格结构，它拥有十分独特的物理化学性质，是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性。
它的导热性能常优异，石墨烯室温下能够实现载流子迁移速率（常用载流子迁移速率来指代半导体内部电子和空穴整体的运动快慢）达到15000cm/(V·s)，这是同条件下硅材料的十倍。
石墨烯对水中有机溶剂有极强吸附的能力，对污水中的重金属污染物、催化剂以及其它水中污染物的降解能力也极强，所以石墨烯在污水处理行业领域中拥有很大的应用潜力，具有一定的实践应用前景。
2010年，英国曼彻斯特大学物理学家Andre Geim和Konstantin Novoselov共同发现了石墨烯，他们从石墨中分离出该物质，并因此获得了当年的诺贝尔物理学奖。
在石墨烯被发现之前，绝大多数物理学家认为热力学涨落是不允许任何二维晶体在有限温度下存在的。因此，两位英国科学家的发现震撼了凝聚态物理学领域。
石墨烯能够有效吸附处理污水中的有机污染物，它对于某些烃类、农药、原油等天然有机物质吸附性能突出，且这一污水净化工艺流程也可以进行循环反复利用，降低相应的生产成本。
更重要的是，针对污水中的有机污染物吸附处理操作简单，且能够降低回收成本，因此石墨烯对于工业中污水处理的效果极佳。
石墨烯的污水有机污染物处理效果非常显著，这主要是因为它的很强的吸附能力，比如说吸油功能。
实验结果表明，石墨烯可以制作形成海绵材料，石墨烯海绵材料的吸油能力相当之强，可以吸收超过其本体重量大约90倍的油污。
在利用石墨烯进行碳氢化合物吸收后还能进行加热回收，保证回收率超过99%以上，而在这一过程中，石墨烯海绵材料则还能做到恢复如初，且可以重复使用大约10次以上，反复使用过程中性能不会显著减弱。
在石墨烯对去除可饮用水中抗生素有机物的研究过程中，需要对石墨烯分子筛（一种人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐或天然沸石）的选择性吸附性能进行研究，以便能够有效去除可饮用水中的有害抗生素成分。
利用驱动剂—甲酰胺，通过加热方式对所掺杂的三维石墨烯材料结构进行调整，可以有效去除污水中的有机污染物（例如亚甲基蓝），去除率最高可达到94.2%。
目前已经出现了基于氧化石墨烯的微型机器人，该类机器人能够有效去除水体中的重金属污染物，污染水域中有毒重金属的清除比率甚至高达95%以上。
例如对水体中重金属铅的处理效果很突出，能够至少回收污水中大约95%的有毒铅，直接将水体中的含铅浓度从1.0x10-6降至0.5x10-7，同时回收铅的化合物，所以国内外已经开始助推石墨烯微型机器人的应用，且已收获了不错应用成果。
石墨烯在污水处理中的应用前景很大，因为它的吸附能力很强，在实践应用及施工方面难度相对较低，这些石墨烯的巨大技术优势是不容忽视的。
当然，在未来还必须不断改进石墨烯材料，不断改进制备工艺和更新新设备、新技术，有效降低石墨烯的生产成本，努力提高石墨烯在污水处理中的性价比，以实现石墨烯在未来污水处理市场竞争中的优势地位。
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