Kohlenstofffilme wie Graphen sind sehr leichte, aber sehr starke Materialien mit ausgezeichnetem Anwendungspotenzial, ihre Herstellung kann jedoch schwierig sein, erfordert in der Regel viel Arbeitskraft und zeitaufwändige Strategien, und die Methoden sind teuer und nicht umweltfreundlich.
Um die Schwierigkeiten bei der Anwendung aktueller Extraktionsmethoden zu überwinden und so die Produktion großer Mengen an Graphen zu ermöglichen, haben Forscher der Ben-Gurion-Universität des Negev in Israel eine „grüne“ Graphen-Extraktionsmethode entwickelt, die in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung finden kann, darunter Optik, Elektronik, Ökologie und Biotechnologie.
Forscher nutzten die mechanische Dispergierung, um Graphen aus dem natürlichen Mineral Striolith zu gewinnen. Sie stellten fest, dass das Mineral Hypophyllit gute Aussichten für die industrielle Herstellung von Graphen und graphenähnlichen Substanzen bietet.
Der Kohlenstoffgehalt von Hypomphibol kann variieren. Je nach Kohlenstoffgehalt ergeben sich unterschiedliche Anwendungsgebiete für Hypomphibol. Einige Typen werden aufgrund ihrer katalytischen Eigenschaften eingesetzt, während andere bakterizide Eigenschaften besitzen.
Die strukturellen Eigenschaften von Hypopyroxen bestimmen seine Anwendung im Redoxprozess. Es kann auch für die Hochofenproduktion und die Ferrolegierungsherstellung von Gusseisen (mit hohem Siliziumgehalt) verwendet werden.
Aufgrund seiner physikalischen und mechanischen Eigenschaften, seiner Schüttdichte, seiner guten Festigkeit und Verschleißfestigkeit kann Hypophyllit verschiedene organische Substanzen adsorbieren und eignet sich daher als Filtermaterial. Es hat sich außerdem als wirksam bei der Eliminierung freier Radikale erwiesen, die Wasserquellen verunreinigen können.
Hypopyroxen besitzt die Fähigkeit, Wasser von Bakterien, Sporen, einfachen Mikroorganismen und Blaualgen zu desinfizieren und zu reinigen. Aufgrund seiner stark katalytischen und reduzierenden Eigenschaften wird Magnesiumoxid häufig als Adsorptionsmittel in der Abwasserbehandlung eingesetzt.
(a) TEM-Aufnahme der dispergierten Hypophyllitprobe bei 13500-facher Vergrößerung und (b) bei 35000-facher Vergrößerung. (c) Raman-Spektrum des behandelten Hypophyllits und (d) XPS-Spektrum der Kohlenstofflinie im Hypophyllit-Spektrum.
Graphenextraktion
Zur Vorbereitung der Gesteine für die Graphengewinnung untersuchten die beiden Forscher mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops (REM) die Schwermetallverunreinigungen und die Porosität der Proben. Sie wandten außerdem weitere Labormethoden an, um die allgemeine Strukturzusammensetzung und das Vorhandensein anderer Mineralien im Hypomphibol zu überprüfen.
Nach Abschluss der Probenanalyse und -aufbereitung konnten die Forscher Graphen aus dem Diorit extrahieren, indem sie die Probe aus Karelien mechanisch mit einem digitalen Ultraschallreiniger bearbeiteten.
Da mit dieser Methode eine große Anzahl von Proben verarbeitet werden kann, besteht kein Risiko einer sekundären Kontamination, und nachfolgende Probenverarbeitungsmethoden sind nicht erforderlich.
Da die außergewöhnlichen Eigenschaften von Graphen in der breiten wissenschaftlichen Forschungsgemeinschaft inzwischen bekannt sind, wurden zahlreiche Produktions- und Synthesemethoden entwickelt. Viele dieser Methoden sind jedoch entweder mehrstufige Prozesse oder erfordern den Einsatz von Chemikalien sowie starken Oxidations- und Reduktionsmitteln.
Obwohl Graphen und andere Kohlenstofffilme großes Anwendungspotenzial gezeigt und beachtliche Erfolge in Forschung und Entwicklung erzielt haben, befinden sich die Verfahren zur Nutzung dieser Materialien noch in der Entwicklung. Eine der Herausforderungen besteht darin, die Graphengewinnung kosteneffizient zu gestalten; die Entwicklung der richtigen Dispersionstechnologie ist daher entscheidend.
Diese Dispersions- oder Synthesemethode ist aufwendig und umweltschädlich, und die Intensität dieser Technologien kann auch zu Defekten im hergestellten Graphen führen, wodurch die erwartete hervorragende Qualität des Graphens beeinträchtigt wird.
Der Einsatz von Ultraschallreinigern bei der Graphensynthese eliminiert die Risiken und Kosten mehrstufiger und chemischer Verfahren. Die Anwendung dieser Methode auf das natürliche Mineral Hypophyllit ebnete den Weg für eine neue, umweltfreundliche Graphenherstellung.
Veröffentlichungsdatum: 04.11.2021
