Uhlíkové filmy, jako je grafen, jsou velmi lehké, ale zároveň velmi pevné materiály s vynikajícím aplikačním potenciálem, jejich výroba však může být obtížná, obvykle vyžadují hodně pracovní síly a časově náročné strategie a tyto metody jsou drahé a nešetrné k životnímu prostředí.
Vzhledem k produkci velkého množství grafenu vyvinuli vědci z Ben Gurionovy univerzity v Negevu v Izraeli „zelenou“ metodu extrakce grafenu, která může být použita v široké škále oblastí, včetně optiky, elektroniky, ekologie a biotechnologií, aby překonali obtíže, se kterými se setkáváme při implementaci současných metod extrakce.
Výzkumníci použili mechanickou disperzi k extrakci grafenu z přírodního minerálu striolitu. Zjistili, že minerál hypofylit vykazuje dobré perspektivy pro výrobu grafenu a látek podobných grafenu v průmyslovém měřítku.
Obsah uhlíku v hypofíbolu se může lišit. V závislosti na obsahu uhlíku může mít hypofíbol různý aplikační potenciál. Některé typy mohou být použity pro své katalytické vlastnosti, zatímco jiné typy mají baktericidní vlastnosti.
Strukturní vlastnosti hypopyroxenu určují jeho použití v oxidačně-redukčním procesu a lze jej také použít pro výrobu ve vysokých pecích a feroslitin pro výrobu lité (vysoce křemíkové) litiny.
Díky svým fyzikálním a mechanickým vlastnostem, objemové hmotnosti, dobré pevnosti a odolnosti proti opotřebení má hypofylit také schopnost adsorbovat řadu organických látek, takže jej lze skutečně použít jako filtrační materiál. Prokázal také schopnost eliminovat částice volných radikálů, které mohou kontaminovat vodní zdroje.
Hypopyroxen vykazuje schopnost dezinfikovat a čistit vodu od bakterií, spor, jednoduchých mikroorganismů a sinic. Díky svým vysokým katalytickým a redukčním vlastnostem se magnézium často používá jako adsorbent pro čištění odpadních vod.
(a) Snímek TEM dispergovaného vzorku hypofylitu při zvětšení 13 500 x a (b) snímek TEM při zvětšení 35 000 x. (c) Ramanovo spektrum upraveného hypofylitu a (d) XPS spektrum uhlíkové čáry ve spektru hypofylitu.
Extrakce grafenu
Pro přípravu hornin pro extrakci grafenu oba vědci použili skenovací elektronový mikroskop (SEM) k prozkoumání nečistot těžkých kovů a pórovitosti ve vzorcích. Použili také další laboratorní metody k ověření celkového strukturního složení a přítomnosti dalších minerálů v hypofíbolu.
Po dokončení analýzy a přípravy vzorku byli vědci schopni extrahovat grafen z dioritu po mechanickém zpracování vzorku z Karélie pomocí digitálního ultrazvukového čističe.
Vzhledem k tomu, že touto metodou lze zpracovat velké množství vzorků, nehrozí riziko sekundární kontaminace a následné metody zpracování vzorků nejsou nutné.
Vzhledem k tomu, že mimořádné vlastnosti grafenu jsou široce známé v širší vědeckovýzkumné komunitě, bylo vyvinuto mnoho metod výroby a syntézy. Mnoho z těchto metod je však buď vícestupňových procesů, nebo vyžaduje použití chemikálií a silných oxidačních a redukčních činidel.
Přestože grafen a další uhlíkové filmy prokázaly velký aplikační potenciál a dosáhly relativního úspěchu ve výzkumu a vývoji, procesy využívající tyto materiály jsou stále ve vývoji. Součástí výzvy je zajistit nákladovou efektivitu extrakce grafenu, což znamená, že klíčem je nalezení správné disperzní technologie.
Tato disperzní nebo syntetická metoda je pracná a nešetrná k životnímu prostředí a síla těchto technologií může také způsobit defekty ve vyrobeném grafenu, čímž se snižuje očekávaná vynikající kvalita grafenu.
Použití ultrazvukových čističek při syntéze grafenu eliminuje rizika a náklady spojené s vícestupňovými a chemickými metodami. Aplikace této metody na přírodní minerál hypofylit vydláždila cestu k novému ekologicky šetrnému způsobu výroby grafenu.
Čas zveřejnění: 4. listopadu 2021
