ฟิล์มคาร์บอน เช่น กราฟีน เป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบาแต่แข็งแรงมาก มีศักยภาพในการใช้งานที่ยอดเยี่ยม แต่การผลิตอาจทำได้ยาก โดยปกติแล้วต้องใช้แรงงานจำนวนมากและกลยุทธ์ที่ใช้เวลานาน อีกทั้งยังมีราคาแพงและไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
เนื่องจากมีการผลิตกราฟีนในปริมาณมาก เพื่อเอาชนะความยากลำบากในการนำวิธีการสกัดแบบปัจจุบันมาใช้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเบนกูเรียนแห่งเนเกฟในอิสราเอลจึงได้พัฒนากระบวนการสกัดกราฟีนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในหลากหลายสาขา รวมถึงด้านทัศนศาสตร์ อิเล็กทรอนิกส์ นิเวศวิทยา และเทคโนโลยีชีวภาพ
นักวิจัยใช้วิธีการกระจายตัวเชิงกลในการสกัดกราฟีนจากแร่สตรีโอไลต์ตามธรรมชาติ พวกเขาพบว่าแร่ไฮโปฟิลไลต์มีศักยภาพที่ดีในการผลิตกราฟีนและสารคล้ายกราฟีนในระดับอุตสาหกรรม
ปริมาณคาร์บอนในไฮโปมฟิโบลอาจแตกต่างกันไปตามปริมาณคาร์บอน ไฮโปมฟิโบลจึงมีศักยภาพในการใช้งานที่แตกต่างกัน บางชนิดอาจใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยา ในขณะที่บางชนิดอาจมีคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย
ลักษณะโครงสร้างของไฮโปไพรอกซีนเป็นตัวกำหนดการใช้งานในกระบวนการออกซิเดชัน-รีดักชัน และยังสามารถนำไปใช้ในการผลิตเตาหลอมเหล็กและการผลิตโลหะผสมเหล็กของเหล็กหล่อ (เหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูง) ได้อีกด้วย
เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกล ความหนาแน่น ความแข็งแรง และความทนทานต่อการสึกหรอที่ดี ไฮโปฟิลไลต์จึงมีความสามารถในการดูดซับสารอินทรีย์หลากหลายชนิด จึงสามารถนำมาใช้เป็นวัสดุกรองได้ นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการกำจัดอนุภาคอนุมูลอิสระที่อาจปนเปื้อนแหล่งน้ำได้อีกด้วย
ไฮโปไพรอกซีนมีคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อและทำความบริสุทธิ์น้ำจากแบคทีเรีย สปอร์ จุลินทรีย์อย่างง่าย และสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน เนื่องจากมีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยาและลดปฏิกิริยาสูง แมกนีเซียจึงมักถูกใช้เป็นสารดูดซับในการบำบัดน้ำเสีย
(a) ภาพ TEM กำลังขยาย X13500 และ (b) ภาพ TEM กำลังขยาย X35000 ของตัวอย่างไฮโปฟิลไลต์ที่กระจายตัว (c) สเปกตรัมรามานของไฮโปฟิลไลต์ที่ผ่านการบำบัด และ (d) สเปกตรัม XPS ของเส้นคาร์บอนในสเปกตรัมของไฮโปฟิลไลต์
การสกัดกราฟีน
เพื่อเตรียมหินสำหรับการสกัดกราฟีน ทั้งสองใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ตรวจสอบสิ่งเจือปนของโลหะหนักและรูพรุนในตัวอย่าง นอกจากนี้ยังใช้วิธีการทางห้องปฏิบัติการอื่นๆ เพื่อตรวจสอบองค์ประกอบโครงสร้างทั่วไปและการมีอยู่ของแร่ธาตุอื่นๆ ในชั้นไฮโปฟิโบลด้วย
หลังจากทำการวิเคราะห์และเตรียมตัวอย่างเสร็จสิ้น นักวิจัยสามารถสกัดกราฟีนออกจากหินไดโอไรต์ได้ โดยการนำตัวอย่างจากคาเรเลียมาผ่านกระบวนการทางกลโดยใช้เครื่องทำความสะอาดอัลตราโซนิกแบบดิจิทัล
เนื่องจากวิธีนี้สามารถประมวลผลตัวอย่างได้จำนวนมาก จึงไม่มีความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนทุติยภูมิ และไม่จำเป็นต้องใช้วิธีการประมวลผลตัวอย่างเพิ่มเติมในภายหลัง
เนื่องจากคุณสมบัติพิเศษของกราฟีนเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายในวงการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ จึงได้มีการพัฒนาวิธีการผลิตและการสังเคราะห์มากมาย อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นกระบวนการหลายขั้นตอน หรือต้องใช้สารเคมีและสารออกซิไดซ์และรีดิวซ์ที่รุนแรง
แม้ว่ากราฟีนและฟิล์มคาร์บอนอื่นๆ จะแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้งานที่ยอดเยี่ยมและประสบความสำเร็จในการวิจัยและพัฒนาในระดับหนึ่ง แต่กระบวนการที่ใช้สารเหล่านี้ยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา ความท้าทายส่วนหนึ่งคือการทำให้การสกัดกราฟีนมีต้นทุนที่คุ้มค่า ซึ่งหมายความว่าการค้นหาเทคโนโลยีการกระจายตัวที่เหมาะสมเป็นกุญแจสำคัญ
วิธีการกระจายตัวหรือการสังเคราะห์นี้ยุ่งยากและไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม อีกทั้งความรุนแรงของเทคโนโลยีเหล่านี้ยังอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องในกราฟีนที่ผลิตได้ ส่งผลให้คุณภาพของกราฟีนลดลงจากที่คาดหวังไว้
การประยุกต์ใช้เครื่องทำความสะอาดอัลตราโซนิกในการสังเคราะห์กราฟีนช่วยลดความเสี่ยงและต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับวิธีการหลายขั้นตอนและวิธีการใช้สารเคมี การนำวิธีการนี้ไปใช้กับแร่ไฮโปฟิลไลต์ตามธรรมชาติได้ปูทางไปสู่แนวทางใหม่ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการผลิตกราฟีน
วันที่โพสต์: 4 พฤศจิกายน 2021
