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石墨烯的發現和應用

添加時間:2019-2-26 15:00:00 文章来源:本站原創 作者:佚名 【字體:
石墨烯的發現和應用,無疑是具有劃時代的意義,但它在水淨化上的應用,你又知道多少呢
 
 
  水资源的污染已经岌岌可危,我們急需一條快速解決水污染的捷徑。十年前,當人們開始利用納米技術解決水問題,普遍的水過濾産品尺寸較小,这讓我一度懷疑将納米技術用于水淨化領域的前景。
 
  幸運的是,近来石墨烯在各種領域包括水淨化領域進行不斷的發展。諾貝爾獎得主Andrei Geim和Rahul Nair指出,雖然在電子領域,缺陷是需要避免的,但是在水淨化領域,石墨烯的缺陷可以實現除了水蒸氣之外的高度不透水性。雖然精确控制孔的大小十分困難,但很多人都嘗試将石墨烯應用于水淨化領域。
 
 
  1、田納西州橡樹嶺國家實验室的石墨烯膜
 
  田納西州橡樹嶺國家實验室(ORNL)的研究人員利用新技術制造納米多孔石墨烯膜,該石墨烯膜是在單層石墨烯上制備納米孔。該技術通過化学沉積法(CVD),在氧等離子體上生長石墨烯,并将一些碳原子從晶格中拔出,来創建孔洞。與氧等離子體接觸的時間越長,石墨烯的孔越大。
 
 
  如圖所示,紅色为石墨烯(蜂窩結構放大圓圈),黃色为矽原子,橙色的補丁为殘餘聚合物。圖片来源:美國橡樹嶺國家實验室能源部。麻省理工大学(MIT)的研究人員采用另一種方法,将镓離子束轟擊石墨烯表面来制備孔洞,然後通過腐蝕精确控制孔隙的大小。類似地,賓夕法尼亞州立大学的研究人員也利用該方法,通過缺陷進行水的運輸。
 
  石墨烯薄膜也可以應用于水淨化領域。雖然開發出健全、低成本、高效的石墨烯過濾系統還有許多路要走,但是基于石墨烯可以進行水的傳輸,我們别無選擇。
 
 
  2、華盛頓大学石墨烯生物泡沫
 
 
  華盛頓大学的程師們研發出一種利用太陽能淨化水的石墨烯生物泡沫,其結構非常簡單,石墨烯生物泡沫淨化水的過程就像海綿吸水的過程一樣,将水蒸發到上層,将雜質留下,收集可以飲用的新鮮水。这種生物泡沫可以鋪設在污水或鹽壩池塘,利用太陽的能量将水淨化至可飲用的程度。
 
  这種薄膜是由細菌産生的兩層納米纖維構成的生物膜。其中下層含有原始纖維素,上層含有可以吸收太陽能産生熱量的氧化石墨烯。石墨烯生物泡沫淨化水的過程就像海綿吸水的過程,可以将底部污水抽上来,然後在上層蒸發——留下来的就是各種懸浮顆粒或鹽分、頂部出来的則是凝結的淡水。
 
 
 
 
 
  華盛頓大学的Singamaneni教授解釋道:石墨烯生物膜淨化水的過程非常簡單,亮點是由細菌産生的納米纖維素網具有将水從下層将水蒸發到上層。这一過程同時最大限度的減少熱量流失,擁有使全部的熱量集中在一點的優良性能。
 
 
  研究員稱制造这種雙層結構的石墨烯生物膜是整個實验最具創造性的地方。類似于牡蛎生成個珍珠的過程,在一個核上不斷覆蓋流體塗層,最終形成硬化層,細菌産生的納米纖維素纖維層則是被氧化石墨烯薄片顆粒覆蓋。
 
 
  華盛頓大学的研究生指出:當培養纖維素的細菌時,我們将氧化石墨烯薄片加入到培養基中。氧化石墨烯薄片就會嵌入纖維素,形成含有氧化石墨烯薄片的層。在这個過程中我們會清除氧化石墨烯薄片和不斷添加新的培養基,这樣就會形成泡沫層,層與層之間的界面很堅固。
 
  研究員指出这種材料質量輕、成本低,适合大量生産,盡管結構簡單,但石墨烯泡沫材料形成一種無需能量和管道的水淨化系統。纖維素可以大批量生産,氧化石墨烯薄片非常的便宜,可以成噸的生産。生物泡沫的生産系統也包括其他納米結構的物質,可以用来殺菌、淨化水,保障飲用水的安全烯的發現和應用,無疑是具有劃時代的意義,但它在水淨化上的應用,你又知道多少呢
 
 
  水资源的污染已经岌岌可危,我們急需一條快速解決水污染的捷徑。十年前,當人們開始利用納米技術解決水問題,普遍的水過濾産品尺寸較小,这讓我一度懷疑将納米技術用于水淨化領域的前景。
 
  幸運的是,近来石墨烯在各種領域包括水淨化領域進行不斷的發展。諾貝爾獎得主Andrei Geim和Rahul Nair指出,雖然在電子領域,缺陷是需要避免的,但是在水淨化領域,石墨烯的缺陷可以實現除了水蒸氣之外的高度不透水性。雖然精确控制孔的大小十分困難,但很多人都嘗試将石墨烯應用于水淨化領域。
 
 
  1、田納西州橡樹嶺國家實验室的石墨烯膜
 
  田納西州橡樹嶺國家實验室(ORNL)的研究人員利用新技術制造納米多孔石墨烯膜,該石墨烯膜是在單層石墨烯上制備納米孔。該技術通過化学沉積法(CVD),在氧等離子體上生長石墨烯,并将一些碳原子從晶格中拔出,来創建孔洞。與氧等離子體接觸的時間越長,石墨烯的孔越大。
 
 
  如圖所示,紅色为石墨烯(蜂窩結構放大圓圈),黃色为矽原子,橙色的補丁为殘餘聚合物。圖片来源:美國橡樹嶺國家實验室能源部。麻省理工大学(MIT)的研究人員采用另一種方法,将镓離子束轟擊石墨烯表面来制備孔洞,然後通過腐蝕精确控制孔隙的大小。類似地,賓夕法尼亞州立大学的研究人員也利用該方法,通過缺陷進行水的運輸。
 
  石墨烯薄膜也可以應用于水淨化領域。雖然開發出健全、低成本、高效的石墨烯過濾系統還有許多路要走,但是基于石墨烯可以進行水的傳輸,我們别無選擇。
 
 
  2、華盛頓大学石墨烯生物泡沫
 
 
  華盛頓大学的程師們研發出一種利用太陽能淨化水的石墨烯生物泡沫,其結構非常簡單,石墨烯生物泡沫淨化水的過程就像海綿吸水的過程一樣,将水蒸發到上層,将雜質留下,收集可以飲用的新鮮水。这種生物泡沫可以鋪設在污水或鹽壩池塘,利用太陽的能量将水淨化至可飲用的程度。
 
  这種薄膜是由細菌産生的兩層納米纖維構成的生物膜。其中下層含有原始纖維素,上層含有可以吸收太陽能産生熱量的氧化石墨烯。石墨烯生物泡沫淨化水的過程就像海綿吸水的過程,可以将底部污水抽上来,然後在上層蒸發——留下来的就是各種懸浮顆粒或鹽分、頂部出来的則是凝結的淡水。
 
 
 
 
 
  華盛頓大学的Singamaneni教授解釋道:石墨烯生物膜淨化水的過程非常簡單,亮點是由細菌産生的納米纖維素網具有将水從下層将水蒸發到上層。这一過程同時最大限度的減少熱量流失,擁有使全部的熱量集中在一點的優良性能。
 
 
  研究員稱制造这種雙層結構的石墨烯生物膜是整個實验最具創造性的地方。類似于牡蛎生成個珍珠的過程,在一個核上不斷覆蓋流體塗層,最終形成硬化層,細菌産生的納米纖維素纖維層則是被氧化石墨烯薄片顆粒覆蓋。
 
 
  華盛頓大学的研究生指出:當培養纖維素的細菌時,我們将氧化石墨烯薄片加入到培養基中。氧化石墨烯薄片就會嵌入纖維素,形成含有氧化石墨烯薄片的層。在这個過程中我們會清除氧化石墨烯薄片和不斷添加新的培養基,这樣就會形成泡沫層,層與層之間的界面很堅固。
 
  研究員指出这種材料質量輕、成本低,适合大量生産,盡管結構簡單,但石墨烯泡沫材料形成一種無需能量和管道的水淨化系統。纖維素可以大批量生産,氧化石墨烯薄片非常的便宜,可以成噸的生産。生物泡沫的生産系統也包括其他納米結構的物質,可以用来殺菌、淨化水,保障飲用水的安全
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