石墨烯是由单层六边形碳原子连接而成的二维碳材料,具备理想的晶格结构与独特的电学、光学、热学和力学等性质,在光电、生物医药、储能器件和环境保护等领域具有广泛的应用前景。石墨烯基材料主要包括氧化石墨烯、还原性氧化石墨烯、功能化石墨烯、石墨烯基复合材料等,它们在环境保护领域主要应用于吸附与催化降解。石墨烯基材料作为吸附剂能够有效的去除废水中存在的有机物以及重金属离子,但是它们在使用过程中容易团聚从而导致比表面积急剧下降进而降低吸附性能,且回收比较困难。石墨烯作为一类零带隙的半导体材料,拥有优异的电子传输特性且能有效的分离电荷,同时石墨烯拥有大的比表面积,对有机污染物具有良好的吸附能力,因此石墨烯被广泛认为是光催化反应过程中的一类高性能载体。本研究基于石墨烯的结构与性能,以及其在吸附与光催化领域的应用特性,尝试将石墨烯基材料应用于模拟工业废水处理,以期为它在水处理领域的实际工程应用中提供理论研究基础。考虑到实际工程应用中需要大量的石墨烯材料,而目前只能通过化学制备方法才能够达到以上要求,因此本研究运用化学制备法合成氧化石墨烯（GO）,还原性氧化石墨烯（rGO）和石墨烯（GN）。针对石墨烯在废水处理过程中容易团聚的问题,提出表面活性剂改性GO、羟基铝柱撑GO、纳米零价铁负载GO或GO分别与铁酸铋、金属有机框架等复合,构建了基于石墨烯的不同类型复合杂化材料,以期获得能够工业化应用的石墨烯基复合材料。首先,从提高石墨烯水溶性抑制团聚的思路出发,尝试使用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）来改性石墨烯,用于吸附六价铬;其次,从增加石墨烯的活性位点出发,利用纳米零价铁（NZVI）来负载石墨烯,再利用CTAB来改性NZVI-GN以改善其在水溶液中的分散性,研究了合成的复合材料对对硝基氯苯的吸附降解性能;然后,从防止团聚以及提高石墨烯吸附能力的思路出发,尝试先用羟基铝柱撑GO,再用不同类型的表面活性剂改性,获得了结构稳定、不易发生团聚的石墨烯基吸附材料,且其对刚果红染料的吸附效果良好;此外,虽然有许多前期研究已经集中于开发吸附材料吸附重金属,但很少有研究注重回收再利用吸附饱和后的吸附剂来制备催化剂降解有机废水。从降低原材料成本的思路出发,作者利用价格低廉的樟木屑与石墨烯复合,制备石墨烯复合材料,并将其作为一种吸附剂研究其对镍离子吸附性能,然后再将吸附镍饱和后的石墨烯复合材料使用还原剂还原,再用来催化降解苯酚。因此,污染物镍离子从废水中去除后通过化学处理又变成了催化降解含酚废水的催化剂成分。最后,从消除吸附富集后污染物的毒性及可回收重复利用的思路出发,分别使用铁酸铋、MIL-88（Fe）以及MIL-101和Pd纳米粒子合成了三种不同类型的空间结构稳定、光催化性能优异的石墨烯基复合材料,这三种复合材料在可见光或太阳光下对目标污染物具有良好的降解效率,且可回收重复利用。详细内容如下:（1）利用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）来改性石墨烯（GN）,以期改善石墨烯在水溶液中的分散性,提高胶体稳定性。研究了合成的CTAB-GN复合材料的结构形貌以及其对六价铬（Cr（VI））的吸附性能等。结果表明,石墨烯在制备合成过程中添加CTAB可以提高石墨烯去除Cr（VI）的效率,最大吸附量为21.57mg/g。就整个吸附过程而言,在开始5分钟内,吸附过程非常迅速并在40分钟内达到吸附平衡,且溶液的初始pH值越低越有利于吸附过程的进行。（2）利用纳米零价铁（NZVI）来负载石墨烯（GN）以增加活性位点,然后再利用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）来改性NZVI-GN以期改善石墨烯在水溶液中的分散性,提高胶体稳定性。研究了合成的C-N-GN复合材料的结构形貌以及对对硝基氯苯（p-NCB）的吸附降解性能等。结果表明,在去除p-NCB的过程中,C-N-GN的最佳加入量为2g/L,293K为最适宜吸附反应温度,C-N-GN对p-NCB的最大吸附量为105.15mg/g,腐殖酸（HA）对p-NCB的去除效率存在强烈的抑制作用。（3）利用羟基铝、石墨烯均为层状化合物的特性,采用羟基铝通过柱撑反应改性石墨烯,再通过不同类型的表面活性剂改性以降低石墨烯团聚的可能,提高储存稳定性。研究了合成的复合改性石墨烯的结构形貌及对刚果红（CR）的吸附性能。结果表明,复合改性石墨烯对刚果红具有高效的去除效率,主要是因为含氧官能团与CR之间的静电吸引以及石墨烯上面的苯环与刚果红之间的π-π键。在去除CR的过程中,吸附剂的最佳加入量为1g/L,最佳pH为3,高温有利于提高去除率。吸附CR饱和后的复合改性石墨烯可通过加入化学溶剂（如氢氧化钠,盐酸和乙醇）再生,因而具有再次回收利用的价值。（4）利用樟木屑（CCS）来负载石墨烯,再用羧甲基纤维素（CMC）作为稳定剂改性CCS负载后的石墨烯,以期提高CCS负载后的石墨烯在水溶液中的稳定性。研究了合成的石墨烯复合材料作为一种吸附剂对镍离子吸附性能,然后再将吸附镍饱和后的石墨烯复合材料使用还原剂还原,再用来催化降解苯酚。因此,污染物镍离子从废水中去除后通过化学处理又变成了催化降解含酚废水的催化剂成分。结果表明,在去除苯酚的过程中,催化剂的最佳加入量为2g/L,温度升高有利于提高苯酚的去除率,并且随着pH的升高催化剂对苯酚的去除率增大,苯酚最大吸附量为158.98mg/g。就整个反应过程而言,在开始10分钟内,降解过程非常迅速并在30分钟内达到吸附平衡。（5）利用事先制备好的GO采用一步水热还原法与铁酸铋(Bi₂₅FeO₄₀)共同反应制得Bi₂₅FeO₄₀/rGO复合材料。研究了Bi₂₅FeO₄₀/rGO复合材料的结构形貌及对酚类化合物的可见光催化性能。结果表明,Bi₂₅FeO₄₀/rGO对苯酚和对氯苯酚的降解速率比rGO和Bi₂₅FeO₄₀大得多。rGO、Bi₂₅FeO₄₀和Bi₂₅FeO₄₀/rGO在40分钟内对苯酚的光催化效率分别为83.79%,95.23%和100%。rGO、Bi₂₅FeO₄₀和Bi₂₅FeO₄₀/rGO在60分钟内对对氯苯酚的光催化效率分别为69.06%,83.97%和100%。Bi₂₅FeO₄₀一方面可以防止rGO的团聚,提高rGO对酚类化合物的吸附能力,另一方面可以通过可见光光催化降解吸附的酚类,且它的磁性使得Bi₂₅FeO₄₀/rGO复合材料易于回收。（6）以多孔状的氧化石墨烯为载体,负载金属有机框架MIL-88（Fe）,构建性能稳定、催化活性增强的MIL-88（Fe）负载氧化石墨烯复合材料。研究了MIL-88（Fe）@GO复合材料的结构形貌,并进行了其对光催化降解亚甲基蓝（MB）和罗丹明B（RB）的催化性能评估。结果表明,MIL-88（Fe）@GO对MB和RB的降解效率比GO和MIL-88（Fe）大得多。GO并不直接参与光催化降解过程,MIL-88（Fe）@GO复合材料增强的光催化活性主要归因于GO和MIL-88（Fe）间的化学键界面结合,提高了电子和空穴的分离效率。MIL-88（Fe）一方面可以抑制GO的团聚,提高GO对染料的吸附量,另一方面可以通过可见光光催化降解吸附的染料。（7）利用事先制备好的氧化石墨烯,采用水热或溶剂热合成方法制备了结构稳定、催化活性增强的金属（铬）有机框架MIL-101和钯纳米粒子（Pd）共同负载石墨烯复合材料,并进行了其对光催化降解三苯甲烷染料亮绿（BG）和酸性品红（AF）的催化性能评估。结果表明,Pd/MIL-101/rGO对BG和AF的降解效率比MIL-101和MIL-101/rGO大得多。且经过五次循环使用后,Pd/MIL-101/rGO的降解效率基本保持不变,说明降解有机污染物后的Pd/MIL-101/rGO具有再次回收重复利用的价值。故Pd/MIL-101/rGO有望作为一种去除水中染料的有发展前景的吸附剂,适合于工业化应用。