Như đã trình bày ở mục 1.2, GO và graphen có chứa nhiều nhóm chức như – O-, -OH, và -COOH có thể tạo phức với các ion kim loại như chì (Pb2+), cadimi (Cd2+), crom (Cr3+, Cr6+), thủy ngân (Hg2+), đồng (Cu2+) và thạch tín (As3+, As5+) nên được sử dụng để loại bỏ các ion kim loại nặng. Graphen chức hóa với các oxit kim loại như Fe3O4 [43, 64], MnO2 [74, 75], Al2O3 [57], TiO2 [82], ZnO [44, 45] đã thu hút được sự quan tâm lớn trong việc giảm và loại bỏ ion kim loại nặng. Trong số các oxit kim loại, oxit sắt Fe3O4 khá được quan tâm vì khả năng hấp phụ cao, khả năng tái sinh, khả năng thu hồi do từ tính sắt từ GO/Fe3O4 [78], G/Fe3O4 [8, 56],
G/MFe2O4(M=Mn, Zn, Co and Ni) [10]. Trong phạm vi luận văn tôi chọn chất tiêu biểu là graphen, GO chức hóa oxit sắt Fe3O4.
Vật liệu Fe3O4 có kích thước < 20 nm là vật liệu siêu thuận từ. Hiện tượng này chỉ xảy ra đối với sắt từ có cấu tạo bởi các hạt tinh thể nhỏ. Khi kích thước hạt lớn, hệ ở trạng thái đa đômen tức là mỗi hạt được cấu tạo bởi nhiều ―đômen từ‖ ( ―đômen từ‖ là những vùng trong chất sắt từ mà trong đó các mômen hoàn toàn song song với nhau tạo nên từ tự phát của vật liệu sắt từ). Khi kích thước hạt giảm dần, chất sẽ chuyển sang trạng thái đơn đômen ( mỗi hạt sẽ là 1 đômen), hiện tượng thuận từ xảy ra khi kích thước hạt quá nhỏ, năng lượng định hướng (mà chi phối ở đây là năng lượng dị hướng từ tinh thể) nhỏ hơn nhiều so với năng lượng nhiệt, khi đó năng lượng nhiệt sẽ phá vỡ sự định hướng song song của các momen từ và momen từ của hạt sẽ định hướng hỗn loạn giống như chất thuận từ [1]. Dưới tác động của từ trường ngoài vật liệu nano sắt từ sẽ được thu lại để tái sử dụng.
Vật liệu nano từ không độc với cơ thể nên được dùng làm chất dẫn truyền thuốc, phân tách và chọn lọc tế bào, ADN.
Vật liệu nano sắt từ ngày càng được nghiên cứu kĩ lưỡng nhằm phát hiện ra hiệu ứng định hướng mới. Đặc biệt trong lĩnh vực xử lý môi trường nano sắt từ có kích thước khoảng 20 nm có khả năng hấp thụ cả hai dạng asenit – As(III) và asenat – As(V), dung lượng hấp phụ cao gấp 200 lần so với vật liệu dạng khối [49]. Khi hấp phụ đạt trạng thái cân bằng hàm lượng asen trong nước có thể đạt dưới mức 10 ppm (là nồng độ asen tiêu chuẩn của WHO) chỉ trong vài phút [8].
Hiện nay vật liệu G và GO chức hóa oxit sắt đang rất được thế giới quan tâm và nghiên cứu. Có rất nhiều công trình nghiên cứu đăng lên các tạp chí lớn chẳng hạn như Xubiao và cộng sự [16] đã tổng hợp GO/Fe3O4 bằng phương pháp hóa học kết hợp đồng kết tủa Fe2+ và Fe3+ tại pH = 7, mô hình hấp phụ Langmuir cho giá trị hấp phụ và cộng sự [12] kết hợp GO với sắt hóa trị không NZVI (Nanoscale zero valent iron) cho kết quả tốt hơn, mô hình hấp phụ Langmuir cho giá trị hấp phụ cực đại 35,83 mg.g-1 và 29,04 mg.g-1 cho As (III) và As (V).