三維石墨烯擁有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，這使其成為吸附污染物的理想材料。以處理污水中的重金屬離子為例，其內(nèi)部的微孔、介孔和大孔相互連通，形成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)含有重金屬離子的污水流經(jīng)三維石墨烯材料時(shí)，重金屬離子會(huì)被孔隙所捕獲，通過物理吸附作用被固定在材料表面 。如中南大學(xué)相關(guān)研究項(xiàng)目中，通過水熱自組裝法制備的三維多孔功能化石墨烯，對鉛（Pb2?）、鎘（Cd2?）等重金屬離子展現(xiàn)出有效的吸附能力。其對重金屬離子的吸附不僅依賴物理吸附，功能化基團(tuán)與重金屬離子間的化學(xué)作用也增強(qiáng)了吸附效果，例如靜電相互作用促使帶正電的重金屬離子與帶負(fù)電的功能化基團(tuán)緊密結(jié)合 。

　　在吸附有機(jī)污染物方面，三維石墨烯同樣表現(xiàn)優(yōu)異。對于水中的有機(jī)染料，其大比表面積為染料分子提供了大量的吸附位點(diǎn)，分子間的范德華力使染料分子被吸附在三維石墨烯表面。一些研究表明，三維石墨烯對亞甲基藍(lán)等有機(jī)染料的吸附量可達(dá)數(shù)百毫克每克。在凈化空氣時(shí)，三維石墨烯可吸附甲醛、苯等揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）。其多孔結(jié)構(gòu)能夠有效捕捉空氣中的這些有害分子，將其固定在材料內(nèi)部，從而降低空氣中有害氣體的濃度。

　　光催化降解機(jī)制

　　三維石墨烯與光催化劑結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對污染物的光催化降解。在光催化體系中，三維石墨烯通常作為電子受體和傳輸介質(zhì) 。以常見的 TiO?/ 三維石墨烯復(fù)合光催化材料用于廢水處理為例，當(dāng)受到特定波長的光照射時(shí)，TiO?吸收光子能量產(chǎn)生電子 - 空穴對。由于三維石墨烯良好的導(dǎo)電性和電子遷移能力，TiO?產(chǎn)生的光生電子能夠快速轉(zhuǎn)移到三維石墨烯上，從而有效壓制電子 - 空穴對的復(fù)合 。空穴則留在 TiO?表面，與水或氫氧根離子反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基（?OH）。這些羥基自由基能夠?qū)⑺械挠袡C(jī)污染物氧化分解為二氧化碳和水等無害物質(zhì)。在海水中有機(jī)污染物的處理研究中，基于三維石墨烯的光催化膜，通過快速真空冷凍干燥等工藝構(gòu)建三維骨架多孔膜結(jié)構(gòu)，為污染物進(jìn)入膜骨架內(nèi)提供更有效的擴(kuò)散途徑，增加了光催化反應(yīng)的活性，提高了光的利用率，增強(qiáng)了對有機(jī)污染物的降解效果 。

　　協(xié)同凈化機(jī)制

　　在實(shí)際環(huán)保應(yīng)用中，三維石墨烯常與其他材料協(xié)同作用，進(jìn)一步提升凈化效果。在處理城市污水時(shí)，將三維石墨烯與磁性納米顆粒復(fù)合，利用磁性納米顆粒的磁性，可實(shí)現(xiàn)材料在污水中的快速分離回收。當(dāng)污水中存在多種污染物時(shí)，三維石墨烯一方面通過吸附作用去除部分污染物，另一方面與其他功能材料共同作用。如與分子印跡聚合物復(fù)合，利用分子印跡聚合物對特定有機(jī)污染物的特異性識(shí)別能力，結(jié)合三維石墨烯的吸附性能，實(shí)現(xiàn)對污水中微量有機(jī)污染物的有效去除 。在凈化空氣領(lǐng)域，三維石墨烯與活性炭等材料復(fù)合，活性炭的吸附性能與三維石墨烯的優(yōu)勢互補(bǔ)，能夠更全方面地去除空氣中不同類型的污染物，提升空氣凈化效率。