石墨烯基于比表面积大、强度高、化学稳定性好、可修饰性强以及导电性好等优点，石墨烯不仅可很好的吸附水中的有机溶剂、重金属等污染物，还可作为催化剂载体，催化水中污染物的降解，因而作为污水处理材料被人们广泛研究。石墨烯是世界上硬的材料。
 
　　石墨烯材料可以用来吸附水中有机污染物，例如有机染料、烃类、原油、和一些有机物质。
 
　　石墨烯材料在水处理领域的技术应用现状及趋势：
 
　　在水处理中，石墨烯类碳材料除了利用其过滤的作用外，还有一个重要的作用，就是吸附。作为水处理吸附剂，可吸附三类污染物:有机物，金属离子与无机阴离子。
 
　　石墨烯巨大的比表面积使它成为吸附剂。常见的石墨烯类碳材料除包括石墨烯和上述的氧化石墨烯外，还有还原氧化石墨烯。后两者的制备，常用石墨经氧化还原反应制得。
 
　　氧化石墨烯拥有大量的羟基、羧基、环氧基等含氧基团，是一种亲水性物质，与许多溶剂有着较好的相容性，通过静电作用、氢键或π-π键与污染物结合，进而除去染料废水中有机污染物。例如，在去除亚甲基蓝（MB）过程中，主要是通过静电作用和π-π键起作用。其中静电作用是因为亚甲基蓝表面带正电，GO表面带负电。
 
　　氧化石墨烯去除金属离子是由于氧化石墨烯表面的环氧基、羧基、羟基等含氧基团能与金属离子，尤其是多价的金属离子发生络合反应。
 
　　壳聚糖被认为是去除废水中重金属污染物有前景的吸附剂之一，但其机械强度和物理稳定性欠佳，人们研究了增强壳聚糖的性能及吸附能力的方法。氧化石墨烯与壳聚糖等吸附剂结合，形成的复合结构，具有巨大的比表面积，可增强吸附性能，是新型石墨烯材料的研究方向。