Các màng carbon như graphene là vật liệu rất nhẹ nhưng rất bền với tiềm năng ứng dụng tuyệt vời, nhưng có thể khó sản xuất, thường đòi hỏi nhiều nhân lực và chiến lược tốn thời gian, phương pháp này đắt tiền và không thân thiện với môi trường.
Với việc sản xuất một lượng lớn graphene, nhằm khắc phục những khó khăn gặp phải trong việc triển khai các phương pháp chiết xuất hiện tại, các nhà nghiên cứu tại Đại học Ben Gurion ở Negev tại Israel đã phát triển một phương pháp chiết xuất graphene “xanh” có thể áp dụng cho nhiều lĩnh vực, bao gồm quang học, điện tử, sinh thái học và công nghệ sinh học.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp phân tán cơ học để chiết xuất graphene từ khoáng chất striolite tự nhiên. Họ nhận thấy khoáng chất hypophyllite có triển vọng tốt trong việc sản xuất graphene và các chất tương tự graphene ở quy mô công nghiệp.
Hàm lượng carbon trong hypomphibole có thể khác nhau. Tùy thuộc vào hàm lượng carbon, hypomphibole có thể có tiềm năng ứng dụng khác nhau. Một số loại có thể được sử dụng vì tính chất xúc tác, trong khi một số loại khác có tính chất diệt khuẩn.
Đặc điểm cấu trúc của hypopyroxene quyết định ứng dụng của chúng trong quá trình oxy hóa-khử và cũng có thể được sử dụng để sản xuất trong lò cao và sản xuất hợp kim fero của gang đúc (có hàm lượng silic cao).
Nhờ các đặc tính vật lý và cơ học, khối lượng riêng lớn, độ bền và khả năng chống mài mòn tốt, hypophyllite còn có khả năng hấp thụ nhiều loại chất hữu cơ, do đó có thể được sử dụng làm vật liệu lọc. Nó cũng đã được chứng minh là có khả năng loại bỏ các hạt gốc tự do có thể gây ô nhiễm nguồn nước.
Hypopyroxene có khả năng khử trùng và làm sạch nước khỏi vi khuẩn, bào tử, vi sinh vật đơn giản và tảo lam. Nhờ đặc tính xúc tác và khử cao, magie thường được sử dụng làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải.
(a) Độ phóng đại X13500 và (b) Ảnh TEM độ phóng đại X35000 của mẫu hypophyllite phân tán. (c) Phổ Raman của hypophyllite đã xử lý và (d) Phổ XPS của vạch carbon trong phổ hypophyllite
Chiết xuất graphene
Để chuẩn bị đá cho quá trình chiết xuất graphene, hai nhà khoa học đã sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để kiểm tra tạp chất kim loại nặng và độ xốp trong mẫu. Họ cũng áp dụng các phương pháp phòng thí nghiệm khác để kiểm tra thành phần cấu trúc chung và sự hiện diện của các khoáng chất khác trong hypomphibole.
Sau khi hoàn tất quá trình phân tích và chuẩn bị mẫu, các nhà nghiên cứu đã có thể chiết xuất graphene từ diorit sau khi xử lý cơ học mẫu từ Karelia bằng máy làm sạch siêu âm kỹ thuật số.
Vì có thể xử lý số lượng lớn mẫu bằng phương pháp này nên không có nguy cơ nhiễm bẩn thứ cấp và không cần các phương pháp xử lý mẫu tiếp theo.
Vì những đặc tính phi thường của graphene đã được biết đến rộng rãi trong cộng đồng nghiên cứu khoa học, nhiều phương pháp sản xuất và tổng hợp đã được phát triển. Tuy nhiên, nhiều phương pháp trong số này là các quy trình nhiều bước hoặc đòi hỏi sử dụng hóa chất và các tác nhân oxy hóa khử mạnh.
Mặc dù graphene và các màng carbon khác đã cho thấy tiềm năng ứng dụng to lớn và đạt được thành công tương đối trong nghiên cứu và phát triển, các quy trình sử dụng những vật liệu này vẫn đang được phát triển. Một phần thách thức là làm sao để việc chiết xuất graphene đạt hiệu quả về mặt chi phí, điều này có nghĩa là việc tìm ra công nghệ phân tán phù hợp là chìa khóa.
Phương pháp phân tán hoặc tổng hợp này rất tốn công và không thân thiện với môi trường, và sức mạnh của những công nghệ này cũng có thể gây ra các khuyết tật trong graphene được sản xuất, do đó làm giảm chất lượng tuyệt vời như mong đợi của graphene.
Việc ứng dụng máy làm sạch siêu âm trong tổng hợp graphene giúp loại bỏ rủi ro và chi phí liên quan đến các phương pháp hóa học và nhiều bước. Việc áp dụng phương pháp này vào khoáng chất hypophyllite tự nhiên đã mở đường cho một phương pháp sản xuất graphene mới thân thiện với môi trường.
Thời gian đăng: 04-11-2021
