Kohlenstofffilme wie Graphen sind sehr leichte, aber sehr starke Materialien mit hervorragendem Anwendungspotenzial. Ihre Herstellung kann jedoch schwierig sein, erfordert in der Regel viel Personal und zeitaufwändige Strategien und die Methoden sind teuer und nicht umweltfreundlich.
Um die Schwierigkeiten zu überwinden, die bei der Umsetzung aktueller Extraktionsmethoden auftreten, haben Forscher der Ben-Gurion-Universität des Negev in Israel eine „grüne“ Methode zur Graphenextraktion entwickelt, die in vielen Bereichen eingesetzt werden kann, darunter Optik, Elektronik, Ökologie und Biotechnologie.
Forscher nutzten mechanische Dispersion, um Graphen aus dem natürlichen Mineral Striolit zu extrahieren. Sie fanden heraus, dass das Mineral Hypophyllit gute Aussichten für die Produktion von Graphen und graphenähnlichen Substanzen im industriellen Maßstab bietet.
Der Kohlenstoffgehalt von Hypomphibol kann unterschiedlich sein. Je nach Kohlenstoffgehalt kann Hypomphibol unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten haben. Einige Typen können aufgrund ihrer katalytischen Eigenschaften eingesetzt werden, während andere bakterizide Eigenschaften haben.
Die strukturellen Eigenschaften von Hypopyroxen bestimmen seine Anwendung im Oxidations-Reduktionsprozess. Es kann auch für die Hochofenproduktion und die Ferrolegierungsproduktion von Gusseisen (mit hohem Siliziumgehalt) verwendet werden.
Aufgrund seiner physikalischen und mechanischen Eigenschaften, seiner Schüttdichte, seiner guten Festigkeit und Verschleißfestigkeit kann Hypophyllit zudem eine Vielzahl organischer Substanzen adsorbieren und eignet sich daher hervorragend als Filtermaterial. Darüber hinaus konnte es freie Radikale eliminieren, die Wasserquellen verunreinigen können.
Hypopyroxen kann Wasser desinfizieren und von Bakterien, Sporen, einfachen Mikroorganismen und Blaualgen befreien. Aufgrund seiner hohen katalytischen und reduzierenden Eigenschaften wird Magnesia häufig als Adsorbens zur Abwasserbehandlung eingesetzt.
(a) 13.500-fache Vergrößerung und (b) 35.000-fache Vergrößerung TEM-Bild der dispergierten Hypophyllitprobe. (c) Raman-Spektrum des behandelten Hypophyllits und (d) XPS-Spektrum der Kohlenstofflinie im Hypophyllitspektrum
Graphenextraktion
Um die Gesteine für die Graphengewinnung vorzubereiten, untersuchten die beiden mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops (REM) die Schwermetallverunreinigungen und die Porosität der Proben. Darüber hinaus nutzten sie weitere Labormethoden, um die allgemeine Strukturzusammensetzung und das Vorhandensein anderer Mineralien im Hypomphibol zu überprüfen.
Nachdem die Probenanalyse und -vorbereitung abgeschlossen waren, konnten die Forscher Graphen aus dem Diorit extrahieren, nachdem sie die Probe aus Karelien mit einem digitalen Ultraschallreiniger mechanisch bearbeitet hatten.
Da mit dieser Methode eine große Anzahl von Proben verarbeitet werden kann, besteht kein Risiko einer Sekundärkontamination und es sind keine nachfolgenden Probenverarbeitungsmethoden erforderlich.
Da die außergewöhnlichen Eigenschaften von Graphen in der wissenschaftlichen Forschung weithin bekannt sind, wurden zahlreiche Produktions- und Synthesemethoden entwickelt. Viele dieser Methoden sind jedoch mehrstufige Prozesse oder erfordern den Einsatz von Chemikalien sowie starken Oxidations- und Reduktionsmitteln.
Obwohl Graphen und andere Kohlenstofffilme großes Anwendungspotenzial gezeigt und in Forschung und Entwicklung vergleichsweise erfolgreich waren, befinden sich die Verfahren zur Verwendung dieser Materialien noch in der Entwicklungsphase. Eine der Herausforderungen besteht darin, die Graphenextraktion kostengünstig zu gestalten. Der Schlüssel liegt daher in der Wahl der richtigen Dispersionstechnologie.
Dieses Dispersions- oder Syntheseverfahren ist mühsam und umweltschädlich. Zudem kann die Stärke dieser Technologien zu Defekten im produzierten Graphen führen, wodurch die erwartete hervorragende Qualität des Graphens gemindert wird.
Der Einsatz von Ultraschallreinigern bei der Graphensynthese eliminiert die Risiken und Kosten mehrstufiger chemischer Verfahren. Die Anwendung dieser Methode auf das natürliche Mineral Hypophyllit ebnete den Weg für eine neue umweltfreundliche Graphenproduktion.
Beitragszeit: 04.11.2021
