Οι μεμβράνες άνθρακα όπως το γραφένιο είναι πολύ ελαφριά αλλά πολύ ανθεκτικά υλικά με εξαιρετικές δυνατότητες εφαρμογής, αλλά μπορεί να είναι δύσκολο να κατασκευαστούν, συνήθως απαιτούν πολύ ανθρώπινο δυναμικό και χρονοβόρες στρατηγικές, και οι μέθοδοι είναι δαπανηρές και δεν είναι φιλικές προς το περιβάλλον.
Με την παραγωγή μεγάλης ποσότητας γραφενίου, προκειμένου να ξεπεραστούν οι δυσκολίες που αντιμετωπίζουν στην εφαρμογή των τρεχουσών μεθόδων εξαγωγής, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Ben Gurion του Negev στο Ισραήλ ανέπτυξαν μια «πράσινη» μέθοδο εξαγωγής γραφενίου που μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα ευρύ φάσμα πεδίων, όπως η οπτική, η ηλεκτρονική, η οικολογία και η βιοτεχνολογία.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μηχανική διασπορά για να εκχυλίσουν γραφένιο από το φυσικό ορυκτό στριόλιθο. Διαπίστωσαν ότι το ορυκτό υποφυλλίτης παρουσιάζει καλές προοπτικές στην παραγωγή γραφενίου και ουσιών που μοιάζουν με γραφένιο σε βιομηχανική κλίμακα.
Η περιεκτικότητα του υπομφιβόλης σε άνθρακα μπορεί να διαφέρει. Ανάλογα με την περιεκτικότητα σε άνθρακα, το υπομφιβόλη μπορεί να έχει διαφορετικές δυνατότητες εφαρμογής. Ορισμένοι τύποι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τις καταλυτικές τους ιδιότητες, ενώ άλλοι τύποι έχουν βακτηριοκτόνες ιδιότητες.
Τα δομικά χαρακτηριστικά του υποπυροξενίου καθορίζουν την εφαρμογή του στη διαδικασία οξείδωσης-αναγωγής και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή υψικαμίνου και την παραγωγή σιδηροκραμάτων χυτοσιδήρου (υψηλής περιεκτικότητας σε πυρίτιο).
Λόγω των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων του, της πυκνότητας όγκου, της καλής αντοχής και της αντοχής στη φθορά, ο υποφυλλίτης έχει επίσης την ικανότητα να προσροφά μια ποικιλία οργανικών ουσιών, επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υλικό φίλτρου. Επίσης, έχει δείξει την ικανότητά του να εξαλείφει τα σωματίδια ελεύθερων ριζών που μπορεί να μολύνουν τις πηγές νερού.
Το υποπυροξένιο παρουσιάζει την ικανότητα να απολυμαίνει και να καθαρίζει το νερό από βακτήρια, σπόρια, απλούς μικροοργανισμούς και μπλε-πράσινα φύκια. Λόγω των υψηλών καταλυτικών και αναγωγικών ιδιοτήτων του, η μαγνησία χρησιμοποιείται συχνά ως προσροφητικό για την επεξεργασία λυμάτων.
(α) Μεγέθυνση X13500 και (β) Εικόνα TEM με μεγέθυνση X35000 του διασκορπισμένου δείγματος υποφυλλίτη. (γ) Φάσμα Raman του επεξεργασμένου υποφυλλίτη και (δ) Φάσμα XPS της γραμμής άνθρακα στο φάσμα του υποφυλλίτη
Εξόρυξη γραφενίου
Για την προετοιμασία των πετρωμάτων για την εξαγωγή γραφενίου, οι δύο χρησιμοποίησαν ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) για να εξετάσουν τις ακαθαρσίες βαρέων μετάλλων και το πορώδες στα δείγματα. Εφάρμοσαν επίσης άλλες εργαστηριακές μεθόδους για να ελέγξουν τη γενική δομική σύνθεση και την παρουσία άλλων ορυκτών στο υποφίμβολο.
Μετά την ολοκλήρωση της ανάλυσης και της προετοιμασίας του δείγματος, οι ερευνητές μπόρεσαν να εξαγάγουν γραφένιο από τον διορίτη μετά από μηχανική επεξεργασία του δείγματος από την Καρελία χρησιμοποιώντας ένα ψηφιακό υπερηχητικό καθαριστικό.
Δεδομένου ότι ένας μεγάλος αριθμός δειγμάτων μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία με αυτήν τη μέθοδο, δεν υπάρχει κίνδυνος δευτερογενούς μόλυνσης και δεν απαιτούνται επακόλουθες μέθοδοι επεξεργασίας δειγμάτων.
Δεδομένου ότι οι εξαιρετικές ιδιότητες του γραφενίου είναι ευρέως γνωστές στην ευρύτερη επιστημονική ερευνητική κοινότητα, έχουν αναπτυχθεί πολλές μέθοδοι παραγωγής και σύνθεσης. Ωστόσο, πολλές από αυτές τις μεθόδους είναι είτε πολυβάθμιες διεργασίες είτε απαιτούν τη χρήση χημικών ουσιών και ισχυρών οξειδωτικών και αναγωγικών παραγόντων.
Παρόλο που το γραφένιο και άλλες μεμβράνες άνθρακα έχουν επιδείξει μεγάλο δυναμικό εφαρμογής και έχουν επιτύχει σχετική επιτυχία στην έρευνα και ανάπτυξη, οι διαδικασίες που χρησιμοποιούν αυτά τα υλικά βρίσκονται ακόμη υπό ανάπτυξη. Μέρος της πρόκλησης είναι να καταστεί η εξαγωγή γραφενίου οικονομικά αποδοτική, πράγμα που σημαίνει ότι η εύρεση της σωστής τεχνολογίας διασποράς είναι το κλειδί.
Αυτή η μέθοδος διασποράς ή σύνθεσης είναι επίπονη και μη φιλική προς το περιβάλλον, και η ισχύς αυτών των τεχνολογιών μπορεί επίσης να προκαλέσει ελαττώματα στο παραγόμενο γραφένιο, μειώνοντας έτσι την αναμενόμενη εξαιρετική ποιότητα του γραφενίου.
Η εφαρμογή υπερηχητικών καθαριστικών στη σύνθεση γραφενίου εξαλείφει τους κινδύνους και το κόστος που σχετίζονται με τις πολυβάθμιες και χημικές μεθόδους. Η εφαρμογή αυτής της μεθόδου στο φυσικό ορυκτό υποφυλλίτη άνοιξε το δρόμο για έναν νέο, φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο παραγωγής γραφενίου.
Ώρα δημοσίευσης: 04 Νοεμβρίου 2021
