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石墨烯在环保领域的应用，为环境净化提供了有效手段。在水质净化方面，石墨烯的高比表面积和强吸附能力使其能高效吸附水中的重金属离子、有机污染物等，比如吸附废水中的铅、汞、镉等重金属，以及染料、农药残留等有机污染物。将石墨烯制成吸附材料，放入污水中，能快速去除污染物，且吸附容量大，可重复使用，降低水质净化的成本，适用于工业废水、生活污水的处理。​
在空气净化领域，石墨烯可用于制作空气过滤器，其独特的结构能有效阻挡空气中的颗粒物，如 PM2.5，同时吸附空气中的有害气体，如甲醛、苯、二氧化硫等。石墨烯空气过滤器的过滤效率高，且透气性好，不会影响空气流通，可用于室内空气净化、工业废气处理等场景，改善空气质量。​
此外，石墨烯还可用于制作光催化材料，在光照条件下，石墨烯能激发催化剂的活性，促进空气中或水中的污染物分解为无害物质，如将甲醛分解为二氧化碳和水，将水中的有机污染物分解为无害的小分子物质。这种光催化技术绿色环保，无二次污染，为环境净化提供了新的绿色方案。