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        這種材料了不得,集石墨烯和氣凝膠性能于一體:助力海水提鈾


        來(lái)源:中國(guó)粉體網(wǎng)   青黎

        [導(dǎo)讀]  近日,山東大學(xué)環(huán)境學(xué)院王志寧教授團(tuán)隊(duì)成功制備了一種高性能的偕胺肟基修飾的環(huán)糊精/石墨烯氣凝膠,該氣凝膠不僅對(duì)海水中鈾表現(xiàn)出較強(qiáng)親和力和選擇性,還具有較強(qiáng)的機(jī)械性能和抗油污性能。在天然海水中具有出色的鈾提取能力,21天即可實(shí)現(xiàn)19.7mg/g的鈾吸附量。此外,該氣凝膠具有較好的機(jī)械性能和抗油污性能,使其在真實(shí)海水提鈾的應(yīng)用中更具優(yōu)勢(shì)。

        中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近日,山東大學(xué)環(huán)境學(xué)院王志寧教授團(tuán)隊(duì)成功制備了一種高性能的偕胺肟基修飾的環(huán)糊精/石墨烯氣凝膠,該氣凝膠不僅對(duì)海水中鈾表現(xiàn)出較強(qiáng)親和力和選擇性,還具有較強(qiáng)的機(jī)械性能和抗油污性能。在天然海水中具有出色的鈾提取能力,21天即可實(shí)現(xiàn)19.7mg/g的鈾吸附量。此外,該氣凝膠具有較好的機(jī)械性能和抗油污性能,使其在真實(shí)海水提鈾的應(yīng)用中更具優(yōu)勢(shì)。


        近十年來(lái),石墨烯作為二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳材料的一種,因其具有優(yōu)異的物理化學(xué)特性受到科學(xué)家的廣泛關(guān)注。石墨烯的厚度僅為0.35nm左右,是世界上最薄的二維材料。然而,由于石墨烯沒(méi)有能帶隙,使其電導(dǎo)性不能像傳統(tǒng)的半導(dǎo)體一樣完全被控制,而且石墨烯表面光滑且呈惰性,不利于與其他材料的復(fù)合,從而阻礙了石墨烯的應(yīng)用。氣凝膠作為一種納米多孔材料,具有連續(xù)的三維納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),具有超低密度、高比表面積、高孔隙率、低熱導(dǎo)率、低折射率及低介電常數(shù)等優(yōu)良特性。


        石墨烯氣凝膠(GA)的基本單元是具有二維蜂巢晶格的石墨烯片層結(jié)構(gòu),石墨烯氣凝膠的結(jié)構(gòu)是由石墨烯片層相互堆疊組裝成三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)有效地兼具了石墨烯的納米特性和氣凝膠的宏觀結(jié)構(gòu),是一種以石墨烯為基體的三維多孔材料,同時(shí)具有石墨烯和氣凝膠的優(yōu)良性能:比表面積大、密度低、獨(dú)特的納米特性、良好的電學(xué)特性以及穩(wěn)定的化學(xué)特性等。因其優(yōu)良的性能,主要應(yīng)用在吸附、催化和儲(chǔ)能等領(lǐng)域。


        石墨烯氣凝膠的制備


        石墨烯氣凝膠最常用的方法有原位還原法、水熱法、化學(xué)交聯(lián)法和模板法,將氧 化石墨烯(GO)分散在水中制備均勻分散液,從而制備石墨烯水凝膠,再經(jīng)過(guò)冷凍或者超臨界干燥得到石墨烯氣凝膠(GA)。


        1、氧化還原法


        原位還原法是以GO為原料,將其均勻分散在液相(通常為水)中,GO含有大量的羥基等含氧基團(tuán),非常容易在水中分散。在液相中,加入還原劑對(duì)GO進(jìn)行還原,GO通過(guò)還原含氧官能團(tuán)逐漸減少,石墨烯片層便會(huì)相互搭接形成三維疏松多孔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),也就是石墨烯水凝膠,其后經(jīng)過(guò)干燥得到石墨烯氣凝膠GA。


        2、水熱法


        水熱法主要是在水熱反應(yīng)釜中,在高溫高壓的條件下,利用氫鍵、范德華力和π-π鍵的相互作用制備石墨烯水凝膠,再通過(guò)冷凍或超臨界干燥制備石墨烯氣凝膠。


        3、化學(xué)交聯(lián)法

        化學(xué)交聯(lián)法一般使用交聯(lián)劑,促進(jìn)GO通過(guò)物理或化學(xué)的相互作用形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。之后根據(jù)需求選擇不同的交聯(lián)劑,一般有原位聚合法、樹(shù)脂膠黏法、分子交聯(lián)法等。


        4、模板法


        模板法所用的模板包括納米微球類(lèi)模板和泡沫類(lèi)模板兩大類(lèi)。利用微球作為模板能夠得到連續(xù)貫穿規(guī)則孔道的石墨烯氣凝膠。模板-化學(xué)氣相沉積(CVD)是應(yīng)用比較廣泛的方法,在形成三維結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠的過(guò)程中采用一些具有三維骨架的材料,在反應(yīng)結(jié)束后,將模板去掉,由石墨烯片層最終形成有規(guī)則的石墨烯泡沫,即石墨烯氣凝膠。


        5、其他方法


        石墨烯氣凝膠制備方法除了上述方法之外,還有許多其他方法。如:Lee等采用多孔材料物理浸漬的方法制備石墨烯氣凝膠,將三聚氰胺海綿浸入石墨烯溶液,其后將海綿腐蝕后得到石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)。Zhu等使用三維打印的方式直接將GO 漿打印出來(lái),從而得到GO三維網(wǎng)絡(luò)。 


        小結(jié):


        隨著核工業(yè)的不斷發(fā)展,核反應(yīng)的主要原料金屬鈾的需求量越來(lái)越大。傳統(tǒng)的陸地鈾礦資源難以保障核能的可持續(xù)發(fā)展,如果能夠?qū)⒑K械拟欃Y源富集利用,實(shí)現(xiàn)高效的海水提鈾,將為核能的發(fā)展帶來(lái)巨大的推動(dòng)作用。而突發(fā)性核泄漏以及核廢水排放入海,將嚴(yán)重影響動(dòng)植物和生態(tài)環(huán)境,對(duì)人體健康構(gòu)成極大的危害。因此從能源保障和環(huán)境安全兩方面來(lái)考慮,高效石墨烯氣凝膠吸附材料對(duì)于提取海水中的鈾具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。


        石墨烯氣凝膠的特殊結(jié)構(gòu),尤其是三維納米多孔結(jié)構(gòu)的制備和性能研究將成為該材料研究的高端方向。石墨烯氣凝膠因其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比表面積大、獨(dú)特的納米特性、良好的電學(xué)特性,未來(lái)可在吸附材料、超級(jí)電容電極材料、儲(chǔ)能材料、轉(zhuǎn)化裝置載體等諸多研究領(lǐng)域大放光彩。


        參考來(lái)源:

        1、化工新材料:山東大學(xué)開(kāi)發(fā)一種用于海水提鈾的高效石墨烯氣凝膠吸附材料

        2、劉徐越等:石墨烯氣凝膠在催化領(lǐng)域的研究進(jìn)展

        3、劉康愷等:環(huán)糊精基石墨烯氣凝膠的制備及其氣體吸附性能研究


        (中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎)


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        作者:青黎

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