石墨烯基于比表面積大、強度高、化學穩定性好、可修飾性強以及導電性好等優點，石墨烯不僅可很好的吸附水中的有機溶劑、重金屬等污染物，還可作為催化劑載體，催化水中污染物的降解，因而作為污水處理材料被人們廣泛研究。 石墨烯材料可以用來吸附水中有機污染物，例如有機染料、烴類、原油、農藥和一些有機物質。 石墨烯材料在水處理領域的技術應用現狀及趨勢： 在水處理中，石墨烯類碳材料除了利用其過濾的作用外，還有一個重要的作用，就是吸附。作為水處理吸附劑，可吸附三類污染物:有機物，金屬離子與無機陰離子。 石墨烯巨大的比表面積使它成為吸附劑。常見的石墨烯類碳材料除包括石墨烯和上述的氧化石墨烯外，還有還原氧化石墨烯。后兩者的制備，常用石墨經氧化還原反應制得。 氧化石墨烯擁有大量的羥基、羧基、環氧基等含氧基團，是一種親水性物質，與許多溶劑有著較好的相容性，通過靜電作用、氫鍵或π-π鍵與污染物結合，進而去除染料廢水中有機污染物。例如，在去除亞甲基藍（MB）過程中，主要是通過靜電作用和π-π鍵起作用。其中靜電作用是因為亞甲基藍表面帶正電，GO表面帶負電。 氧化石墨烯去除金屬離子是由于氧化石墨烯表面的環氧基、羧基、羥基等含氧基團能與金屬離子，尤其是多價的金屬離子發生絡合反應。 殼聚糖被認為是去除廢水中重金屬污染物有前景的吸附劑之一，但其機械強度和物理穩定性欠佳，人們研究了增強殼聚糖的性能及吸附能力的方法。氧化石墨烯與殼聚糖等吸附劑結合，形成的復合結構，具有巨大的比表面積，可增強吸附性能，是新型石墨烯材料的研究方向。 例如：氧化石墨烯與殼聚糖、Fe3O4等磁性材料等結合形成復合材料，可增強材料的表面性能，進而提高吸附性能，備受關注。Fe3O4-殼聚糖-GO復合物用于去除亞甲基藍，該類復合材料環境友好、可降解、吸附迅速和易分離等特性是其優勢所在。 還原氧化石墨烯(RGO)，對于陰離子染料的去除率高達95%。這是因為，還原后的氧化石墨烯將GO表面的羰基還原成了羥基，提高了其表面電勢，C—OH和C—H鍵增多，去除特定結構染料分子的作用力主要通過氫鍵作用，對于某些陰離子的吸附能力反而更強。 3.石墨烯類碳材料+光催化材料=水處理中的光反應催化劑 石墨烯的復合材料可作為光催化劑對污染物進行光降解。這是由于石墨烯的化學結構使之具有較高的電子傳輸性能，在光電轉化和光催化應用中，將石墨烯類碳材料與光催化材料結合，在水處理中可以發揮兩種材料的協同效應。石墨烯類碳材料在復合材料中作為吸附劑、電子受體，增強了常見光催化材料對有機染料和重金屬污染物的光降解效果。 TiO2穩定，是光催化材料之一。但由于光激發TiO2產生的電子–空穴對易復合，而石墨烯的電子傳輸特性可以降低光生載流子的復合，提高TiO2光催化效率。例如TiO2/GO復合物，用以處理亞甲基藍。在紫外光和可見光下，吸附能力和光催化能力均有所提高。其原因是方面的協同作用，包括復合物比表面積的增大，染料分子和芳香環之間的π-π鍵作用以及亞甲基藍與石墨烯材料表面的含氧基團的作用。在光學特性方面，氧化石墨烯的加入使得Ti—O—C鍵形成，降低了TiO2的能帶間隙，也增強了對有機染料的光降解效果。