Et team av forskere, ledet av professor Aravind Vijayaraghavan basert i National Graphene Institute (NGI), har produsert 3D-partikler laget av grafen som kommer i forskjellige interessante former, ved å bruke en variant av virvelringeffekten. Disse partiklene har også vist seg å være eksepsjonelt effektive når det gjelder å adsorbere forurensninger fra vann, og dermed rense det.
Optiske og SEM-bilder av smultring, sfæriske og manetmorfologier av GO-VR
Forskerne har vist at dannelsen av disse grafenpartiklene er styrt av et komplekst samspill mellom ulike krefter som viskositet, overflatespenning, treghet og elektrostatikk. Prof Vijayaraghavan sa: “Vi har gjennomført en systematisk studie for å forstå og forklare påvirkningen av ulike parametere og krefter involvert i partikkeldannelsen. Deretter har vi, ved å skreddersy denne prosessen, utviklet svært effektive partikler for adsorptiv rensing av forurensninger fra vann”.
Grafenoksid (GO), et slags grafenmateriale som danner en stabil dispersjon i vann, har mange unike egenskaper, blant annet å være en flytende krystall. Individuelle GO-ark er ett atomtynne og like brede som tykkelsen på menneskehår. For å være nyttige, må de imidlertid settes sammen til komplekse 3-dimensjonale former som bevarer deres høye overflateareal og overflatekjemi. Slike porøse 3-dimensjonale sammenstillinger av GO kalles aerogeler, og når de er fylt med vann, kalles de hydrogeler.
Forskerne brukte et andre flytende krystallmateriale kalt CTAB (cetyltrimetylammoniumbromid), for å aggregere GO-flak til små partikler av grafenoksidhydrogeler, uten å måtte redusere dem til grafen. Dette ble oppnådd ved å slippe GO-dispersjonen i vann i form av små dråper i en løsning av CTAB i vann. Når GO-dråpene treffer overflaten av CTAB-løsningen, oppfører de seg veldig likt når en stråle med varm røyk treffer kald luft. GO-dråpen strømmer inn i CTAB-løsningen i form av en ring, eller toroid, på grunn av forskjeller i tettheten og overflatespenningen til de to væskene.
Ved å kontrollere ulike parametere i denne prosessen har forskerne produsert partikler i form av kuler (kuler), toroider (smultringer) og mellomformer som ligner maneter.
Dr. Yizhen Shao, en nylig uteksaminert doktorgradsstudent og hovedforfatter av denne artikkelen, sa: “vi har utviklet et universelt fasediagram for dannelsen av disse formene, basert på fire dimensjonsløse tall – weber-, Reynolds-, Onhesorge- og Weber-tallene, som representerer henholdsvis treghets-, viskøse-, overflatespennings- og elektrostatiske krefter. Dette kan brukes til å kontrollere partikkelmorfologien nøyaktig ved å variere formasjonsparametrene.”
Forfatterne fremhevet betydningen av disse partiklene i vannrensing. Kaiwen Nie, en doktorgradsstudent og medforfatter av artikkelen, sa: “Vi kan justere overflatekjemien til grafenflakene i disse partiklene for å trekke ut positivt eller negativt ladede forurensninger fra vann. Vi kan til og med trekke ut uladede forurensninger eller tungmetallioner ved å funksjonalisere grafenoverflaten på riktig måte.”
Kilde:
Tagger:
+ There are no comments
Add yours