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, đồng thời các phương pháp này đắt tiền và không thân thiện với môi trường.
Với việc sản xuất một lượng lớn graphene, để khắc phục những khó khăn gặp phải trong việc thực hiện các phương pháp chiết xuất hiện tại, các nhà nghiên cứu tại Đại học Ben Gurion của Negev ở Israel đã phát triển một phương pháp chiết xuất graphene "xanh" có thể được ứng dụng trong 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 tự nhiên striolite. Họ phát hiện ra rằng 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 cacbon của hypomphibole có thể khác nhau. Tùy thuộc vào hàm lượng cacbon, hypomphibole có thể có các tiềm năng ứng dụng khác nhau. Một số loại có thể được sử dụng nhờ tính chất xúc tác, trong khi các loại khác lại có tính chất diệt khuẩn.
Các đặc tính cấu trúc của hypopyroxen quyết định ứng dụng của chúng trong quá trình oxy hóa khử, và chúng cũng có thể được sử dụng trong sản xuất lò cao và sản xuất hợp kim sắt từ gang (hàm lượng silic cao).
Nhờ các đặc tính vật lý và cơ học, mật độ khối lượng, độ bền và khả năng chống mài mòn tốt, hypophyllite còn có khả năng hấp phụ nhiều loại chất hữu cơ, do đó có thể được sử dụng như một vật liệu lọc. Nó cũng thể hiện 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 mạnh, magiê oxit thường được sử dụng làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải.
(a) Ảnh TEM phóng đại X13500 và (b) ảnh TEM 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 nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để kiểm tra các tạp chất kim loại nặng và độ xốp trong mẫu. Họ cũng áp dụng các phương pháp thí nghiệm khác để kiểm tra thành phần cấu trúc tổng thể và sự hiện diện của các khoáng chất khác trong hypomphibole.
Sau khi hoàn tất phân tích và chuẩn bị mẫu, các nhà nghiên cứu đã có thể chiết xuất graphene từ đá diorite bằng cách xử lý cơ học mẫu đá từ Karelia bằng máy làm sạch siêu âm kỹ thuật số.
Vì phương pháp này có thể xử lý một lượng lớn mẫu, nên không có nguy cơ nhiễm bẩn thứ cấp và không cần các phương pháp xử lý mẫu tiếp theo.
Kể từ khi những đặc tính phi thường của graphene 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 quy trình nhiều bước hoặc yêu cầu sử dụng hóa chất và các chất oxy hóa và khử mạnh.
Mặc dù graphene và các màng carbon khác đã thể hiện tiềm năng ứng dụng to lớn và đạt được những thành công tương đối trong nghiên cứu và phát triển, nhưng các quy trình sử dụng những vật liệu này vẫn đang trong giai đoạn phát triển. Một phần thách thức là làm cho việc chiết xuất graphene trở nên hiệu quả về mặt chi phí, điều đó có nghĩa là việc tìm ra công nghệ phân tán phù hợp là chìa khóa.
Phương pháp phân tán hoặc tổng hợp này tốn nhiều công sức và không thân thiện với môi trường, và độ bền của các công nghệ này cũng có thể gây ra các khuyết tật trong graphene được tạo ra, 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 loại bỏ các rủi ro và chi phí liên quan đến các phương pháp nhiều bước và hóa học. Áp dụng phương pháp này vào khoáng chất tự nhiên hypophyllite đã mở đường cho một phương pháp sản xuất graphene thân thiện với môi trường mới.
Thời gian đăng bài: 04/11/2021
