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石墨烯的发现和应用

添加时间:2019-2-26 15:00:00 文章来源:本站原创 作者:佚名 【字体:
石墨烯的发现和应用,无疑是具有划时代的意义,但它在水净化上的应用,你又知道多少呢
 
 
  水资源的污染已经岌岌可危,我们急需一条快速解决水污染的捷径。十年前,当人们开始利用纳米技术解决水问题,普遍的水过滤产品尺寸较小,这让我一度怀疑将纳米技术用于水净化领域的前景。
 
  幸运的是,近来石墨烯在各种领域包括水净化领域进行不断的发展。诺贝尔奖得主Andrei Geim和Rahul Nair指出,虽然在电子领域,缺陷是需要避免的,但是在水净化领域,石墨烯的缺陷可以实现除了水蒸气之外的高度不透水性。虽然精确控制孔的大小十分困难,但很多人都尝试将石墨烯应用于水净化领域。
 
 
  1、田纳西州橡树岭国家实验室的石墨烯膜
 
  田纳西州橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员利用新技术制造纳米多孔石墨烯膜,该石墨烯膜是在单层石墨烯上制备纳米孔。该技术通过化学沉积法(CVD),在氧等离子体上生长石墨烯,并将一些碳原子从晶格中拔出,来创建孔洞。与氧等离子体接触的时间越长,石墨烯的孔越大。
 
 
  如图所示,红色为石墨烯(蜂窝结构放大圆圈),黄色为硅原子,橙色的补丁为残余聚合物。图片来源:美国橡树岭国家实验室能源部。麻省理工大学(MIT)的研究人员采用另一种方法,将镓离子束轰击石墨烯表面来制备孔洞,然后通过腐蚀精确控制孔隙的大小。类似地,宾夕法尼亚州立大学的研究人员也利用该方法,通过缺陷进行水的运输。
 
  石墨烯薄膜也可以应用于水净化领域。虽然开发出健全、低成本、高效的石墨烯过滤系统还有许多路要走,但是基于石墨烯可以进行水的传输,我们别无选择。
 
 
  2、华盛顿大学石墨烯生物泡沫
 
 
  华盛顿大学的程师们研发出一种利用太阳能净化水的石墨烯生物泡沫,其结构非常简单,石墨烯生物泡沫净化水的过程就像海绵吸水的过程一样,将水蒸发到上层,将杂质留下,收集可以饮用的新鲜水。这种生物泡沫可以铺设在污水或盐坝池塘,利用太阳的能量将水净化至可饮用的程度。
 
  这种薄膜是由细菌产生的两层纳米纤维构成的生物膜。其中下层含有原始纤维素,上层含有可以吸收太阳能产生热量的氧化石墨烯。石墨烯生物泡沫净化水的过程就像海绵吸水的过程,可以将底部污水抽上来,然后在上层蒸发——留下来的就是各种悬浮颗粒或盐分、顶部出来的则是凝结的淡水。
 
 
 
 
 
  华盛顿大学的Singamaneni教授解释道:石墨烯生物膜净化水的过程非常简单,亮点是由细菌产生的纳米纤维素网具有将水从下层将水蒸发到上层。这一过程同时最大限度的减少热量流失,拥有使全部的热量集中在一点的优良性能。
 
 
  研究员称制造这种双层结构的石墨烯生物膜是整个实验最具创造性的地方。类似于牡蛎生成个珍珠的过程,在一个核上不断覆盖流体涂层,最终形成硬化层,细菌产生的纳米纤维素纤维层则是被氧化石墨烯薄片颗粒覆盖。
 
 
  华盛顿大学的研究生指出:当培养纤维素的细菌时,我们将氧化石墨烯薄片加入到培养基中。氧化石墨烯薄片就会嵌入纤维素,形成含有氧化石墨烯薄片的层。在这个过程中我们会清除氧化石墨烯薄片和不断添加新的培养基,这样就会形成泡沫层,层与层之间的界面很坚固。
 
  研究员指出这种材料质量轻、成本低,适合大量生产,尽管结构简单,但石墨烯泡沫材料形成一种无需能量和管道的水净化系统。纤维素可以大批量生产,氧化石墨烯薄片非常的便宜,可以成吨的生产。生物泡沫的生产系统也包括其他纳米结构的物质,可以用来杀菌、净化水,保障饮用水的安全烯的发现和应用,无疑是具有划时代的意义,但它在水净化上的应用,你又知道多少呢
 
 
  水资源的污染已经岌岌可危,我们急需一条快速解决水污染的捷径。十年前,当人们开始利用纳米技术解决水问题,普遍的水过滤产品尺寸较小,这让我一度怀疑将纳米技术用于水净化领域的前景。
 
  幸运的是,近来石墨烯在各种领域包括水净化领域进行不断的发展。诺贝尔奖得主Andrei Geim和Rahul Nair指出,虽然在电子领域,缺陷是需要避免的,但是在水净化领域,石墨烯的缺陷可以实现除了水蒸气之外的高度不透水性。虽然精确控制孔的大小十分困难,但很多人都尝试将石墨烯应用于水净化领域。
 
 
  1、田纳西州橡树岭国家实验室的石墨烯膜
 
  田纳西州橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员利用新技术制造纳米多孔石墨烯膜,该石墨烯膜是在单层石墨烯上制备纳米孔。该技术通过化学沉积法(CVD),在氧等离子体上生长石墨烯,并将一些碳原子从晶格中拔出,来创建孔洞。与氧等离子体接触的时间越长,石墨烯的孔越大。
 
 
  如图所示,红色为石墨烯(蜂窝结构放大圆圈),黄色为硅原子,橙色的补丁为残余聚合物。图片来源:美国橡树岭国家实验室能源部。麻省理工大学(MIT)的研究人员采用另一种方法,将镓离子束轰击石墨烯表面来制备孔洞,然后通过腐蚀精确控制孔隙的大小。类似地,宾夕法尼亚州立大学的研究人员也利用该方法,通过缺陷进行水的运输。
 
  石墨烯薄膜也可以应用于水净化领域。虽然开发出健全、低成本、高效的石墨烯过滤系统还有许多路要走,但是基于石墨烯可以进行水的传输,我们别无选择。
 
 
  2、华盛顿大学石墨烯生物泡沫
 
 
  华盛顿大学的程师们研发出一种利用太阳能净化水的石墨烯生物泡沫,其结构非常简单,石墨烯生物泡沫净化水的过程就像海绵吸水的过程一样,将水蒸发到上层,将杂质留下,收集可以饮用的新鲜水。这种生物泡沫可以铺设在污水或盐坝池塘,利用太阳的能量将水净化至可饮用的程度。
 
  这种薄膜是由细菌产生的两层纳米纤维构成的生物膜。其中下层含有原始纤维素,上层含有可以吸收太阳能产生热量的氧化石墨烯。石墨烯生物泡沫净化水的过程就像海绵吸水的过程,可以将底部污水抽上来,然后在上层蒸发——留下来的就是各种悬浮颗粒或盐分、顶部出来的则是凝结的淡水。
 
 
 
 
 
  华盛顿大学的Singamaneni教授解释道:石墨烯生物膜净化水的过程非常简单,亮点是由细菌产生的纳米纤维素网具有将水从下层将水蒸发到上层。这一过程同时最大限度的减少热量流失,拥有使全部的热量集中在一点的优良性能。
 
 
  研究员称制造这种双层结构的石墨烯生物膜是整个实验最具创造性的地方。类似于牡蛎生成个珍珠的过程,在一个核上不断覆盖流体涂层,最终形成硬化层,细菌产生的纳米纤维素纤维层则是被氧化石墨烯薄片颗粒覆盖。
 
 
  华盛顿大学的研究生指出:当培养纤维素的细菌时,我们将氧化石墨烯薄片加入到培养基中。氧化石墨烯薄片就会嵌入纤维素,形成含有氧化石墨烯薄片的层。在这个过程中我们会清除氧化石墨烯薄片和不断添加新的培养基,这样就会形成泡沫层,层与层之间的界面很坚固。
 
  研究员指出这种材料质量轻、成本低,适合大量生产,尽管结构简单,但石墨烯泡沫材料形成一种无需能量和管道的水净化系统。纤维素可以大批量生产,氧化石墨烯薄片非常的便宜,可以成吨的生产。生物泡沫的生产系统也包括其他纳米结构的物质,可以用来杀菌、净化水,保障饮用水的安全
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