《还原氧化石墨烯膜的合成方法,用于生产水的脱盐》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2019-02-26
  • 我们提出了一种利用还原氧化石墨烯薄膜对原油生产废水进行脱盐的简单方法。本工作分三步进行:1)通过改性Hummers法合成氧化石墨烯;2)通过亲水性纸张上逐层热化学还原氧化石墨烯制备膜的新方法;3)哥伦比亚油田采出水的真空过滤。利用傅里叶变换红外光谱衰减全反射、扫描电镜和x射线衍射对rGO进行了表征。采用原子吸收光谱法测定各阳离子的去除率,评价了Na +和Mg 2+阳离子对采出水中的吸附效率。对油田采出水进行了电导率测试,确定了合成膜的使用寿命。这些结果证实了rGO膜对于水的净化是非常有效的。

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    • 来源专题:水体修复
    • 编译者:王阳
    • 发布时间:2017-09-14
    • 美国宾夕法尼亚州立大学原子中心主任与日本信州大学的研究人员合作,开发出一种基于石墨烯的脱盐膜,比目前的各种过滤膜更坚固耐用、效率更高。这一技术未来可用于海水淡化、蛋白质分离、废水处理,以及制药和食品工业等。 “我们的梦想是研制一种智能膜,具有高通量、高效率、长寿命、自修复等特点,可为缺水地区消除水体中的生物污染和无机污染、获取清洁水提供解决方案”,宾夕法尼亚州立大学物理化学与材料科学工程教授毛里西奥·特罗内斯(MauricioTerrones)介绍说,“这项研究工作正朝着这个方向前进”。 本研究开发的杂化膜采用简单的喷涂技术将溶液中的氧化石墨烯和少量层状石墨烯包覆在聚乙烯醇改性聚砜的骨架支撑膜上。支撑膜增强了杂化膜的牢固性,使其能够承受强烈的横流、高压和氯接触。尽管目前该技术还处于开发的早期阶段,膜样品已可过滤掉85%的盐,制取的水虽还不能直接饮用,但已可用于农业灌溉。研制的膜还能够过滤掉96%的染料分子,因此可以用于纺织工业的废水处理,防止废水直接排放到河流中污染环境。 氯通常用于降解废水中的生物活性成分,但它也会使目前的各种聚合物膜的性能迅速降低。而这种基于石墨烯的新型膜具有很强的抗氯能力。 众所周知,石墨烯具有很高的机械强度,多孔石墨烯具有很强的过滤能力,几乎可以100%过滤掉水中的盐分,是一种潜在的理想的脱盐膜材料。然而,将石墨烯扩展到工业量方面还有许多挑战,包括控制缺陷和处理二维材料需要复杂转移技术等。研究团队正在试图克服可伸缩性问题,并在生产规模上提供廉价、高质量的膜。 这项成果发表在8月28日出版的《自然·纳米技术》杂志上。论文第一作者亚伦·莫雷洛斯·戈麦斯(AaronMorelosGomez)说:“我们研制的过滤膜克服了氧化石墨烯的水溶性问题,用聚乙烯醇作为粘合剂,使它能抵抗强烈的水流和高压冲击。通过将氧化石墨烯与石墨烯混合,我们还可以显著提高其耐腐蚀性化学制剂(如氯)的腐蚀。”
  • 《氧化石墨烯的化学还原(rGO)》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2020-05-15
    • rGO技术及其相关过程的基础是Brodie法,后来成为Hummers法。该技术的变体随后从悍马方法发展而来。 rGO技术以石墨为原料,与硫酸混合作为插层剂,高锰酸钾作为氧化剂。 当这种混合物在高温下加热时,就会产生氧化石墨烯(GO)。氧化石墨烯是一种石墨烯材料,其表面有氧气装饰。氧化石墨烯还可以通过化学和热学的方法还原(去除材料中大量氧含量的过程)为石墨烯,进一步通过超声波、漂洗和分散。 在制备还原氧化石墨烯之前,必须先制备氧化石墨烯。要制备氧化石墨烯,你必须从氧化石墨烯开始,一旦你得到了氧化石墨烯,有三种方法来还原生成还原氧化石墨烯。这些方法可以是热的、化学的或电化学的。 还原方法 氧化石墨烯中氧的还原方法多种多样,包括高温处理(>1000 C)、化学还原和光学或微波辅助还原。 热退火 在热退火过程中,氧化石墨被迅速加热,以触发一氧化碳和二氧化碳气体在石墨烯层之间的突然表达。这一过程将材料分离,生成剥离的石墨烯。 虽然这一过程的优点是不需要另一个还原步骤,但加热过程确实会对石墨烯造成严重损害。据估计,多达30%的石墨烯在热退火过程中被破坏。 另一种方法是将氧化石墨剥离成氧化石墨烯后进行热还原。这一过程需要超过700摄氏度的极高温度,但结果却很好,尽管这一过程需要很高的能量。 由于rGO过程,石墨烯的晶格结构中引入了大量缺陷。此外,该工艺还会导致化学不均匀性,从而影响批次之间的重现性。同样,这种形式的物质也很难描述。 然而,rGO确实有一些好处。单层石墨烯是有可能的,这种材料能够在一定范围的溶剂中很好地分散,也有可能获得高产量。 可伸缩性和市场地位 rGO技术既简单又可高度扩展。尽管有许多不同的技术方法,但其中存在两个问题。首先,这种工艺会对石墨烯晶格造成永久性损伤,其次,它还需要额外的处理步骤,这会增加整个过程的成本。 还原过程没有去除所有附着在石墨烯表面的基团,而且从石墨烯中去除氧会在晶格结构中留下空隙,这对还原过程产生的石墨烯的电学和光学性能有不利影响。 因此,rGO石墨烯在高端电子或光学设备中无法找到应用。例如,rGO石墨烯不具有取代或替代触摸屏中使用的氧化铟锡(ITO)所需的片状电阻。虽然热还原技术可以提高rGO在这一应用中的性能,但考虑到其性能,它并不是ITO的竞争对手。 在还原氧化石墨烯过程中,成本也是要考虑的一个重要因素。氧化和还原步骤的需要增加了与该过程相关的成本,并使rGO在竞争低价值和高产量应用时处于不利地位。这些昂贵的额外步骤也意味着还原氧化石墨烯在许多应用中很难被用作普通形式碳(如炭黑)的替代品。 总结 总的来说,与还原氧化石墨烯过程相关的成本和还原氧化石墨烯的性能特性限制了它在某些应用程序中的成功。随着rGO工艺的发展,大规模生产将降低该工艺的成本。 与所有形式的石墨烯一样,可能不适合某一种应用的材料将非常适合另一种应用。氧化石墨烯(氧化石墨烯)和还原氧化石墨烯(还原氧化石墨烯)是这种动态的完美例子,适用于适用于特定应用的不同形式的石墨烯材料。