הפוטנציאל של חומרים מבוססי Graphene בדור הבא של הפלסטרציה

ההבטחה של חומרים המבוססים על Graphene ב-Generation Filtration

הביקוש המעמיק למים נקיים, אוויר נשימה, והפרדה תעשייתית יעילה דחף פולימר קונבנציונלי ומדרס קרמיקה למגבלות הביצועים שלהם. Graphene, מבודד לראשונה בשנת 2004, התפתח מסקרנות מעבדה לחומר פלטפורמה שיכולה להגדיר מחדש את טכנולוגיית סינון הטכנולוגיה.היד-atom עובי יחיד שלה, כוח עצום, ובטיחות כימית רחבה לספק בסיס למודעות membranes ו-orbents כדי לנתח את התכונות הפיזיות שלה.

נכסים ממשלתיים Governing Filtration Performance

יכולות ההסתננות של Graphene נובעות ממערך של מאפיינים פיזיים וכימיקליים קשורים זה לזה, כל נכס יכול להיות מכוון באופן עצמאי באמצעות שיטות סינתזה, הסדרי ערימה, או פונקציונליזציה על פני השטח, נותן למהנדסים שליטה חסרת תקדים על ביצועי קרום ברמה האטומית.

אטומית ופיזיקה של תחבורה מולקולרית

מונוטרה של גרפן היא הליטוט של גודל ספירום פיזית, מדידה של 0.34 ננומטר עבה. במצב הפריזטי שלה, המבצר הגולגולתי הדחוס של spreaFLT:0 (2FLT:1) מתרגם פחמן מומנוד באופן ישיר לאטומים ומולקולות, כולל helium. זה נכס מושלם פירושו כי יכולת בחירה חייבת להיות מוצג דרך צינורות טהורים של דם נמוך יותר, כאשר הם מופיעים דרך גרף עמוק של חומר נפץ, אשר ניתן לאטמוספירה מהירה, אשר ניתן לעתים קרובות, אשר נוצר על ידי אטומית, כאשר הם אטומית, אשר נוצרות, אשר נוצר אטומית, כאשר הם לעתים קרובות, כי הם אטומית, כי הם אטומית, כי הם מופיעים על ידי אטומית, אשר נוצר אטומית, כאשר הם לעתים קרובות, כי הם אטומית, כי הם מטבוליזם של חומר נפץ, 000, 000, 000, אשר לעתים קרובות, אשר ניתן זרם הדם בצורה יעילה יותר, כי הם לעתים קרובות, כי הם אטומית, 000, כי הם לעתים קרובות, 000, כי הם מופעלת, 000, כי הם לעתים קרובות, 000 אטומית, 000 אטומית, 000, 000 אטומית, 000 אטומית

עמידות מכנית וכימיקלית

העוצמה של Graphene עולה על 130 ג'יגה-פרקלאסקלים, מה שהופך אותו לאחד החומרים החזקים ביותר מאופיין אי פעם.חזקות מכנית זו מאפשרת ל- אולטרה-ת'ן membranes לעמוד בשכבות לחץ משמעותיות ללא קרע, דרישה קריטית בסינון תעשייתי או דגנים מתרגמים את המשקעים המכניים האלה תחת לחץ וקומפוזיציה.

כימיה משטחית מתאימה להפרדה ממוקדת

בעוד גרפן prise הוא אינרציה כימית, תחמוצת גרפן (GO) מכילים שפע קבוצות פונקציונליות המכילות חמצן המכילות חמצן המכילות epoxy, hydroxyl, ו carboxyl moieties. קבוצות אלה משמשות כנקודות מעוגן עבור שינויים כימיים נוספים.חוקרים יש vulafted תרופות ספציפיות, sulfate, ו ztterionic מינים על Goion כדי לשפר את גמישות, פתח תכונות נוגדות, או antiffic כגון לוכדת חומרים כגון לוכדת, 000.

שטח שטח רחב של שטח רחב שטח קונריגציות

Graphene ו נגזרות שלה יש אזורי משטח תיאורטי מעל 2,600 מטרים רבועים לגרם. בהקשרים סינון, שטח פני השטח הזה הוא רתום לא רק בצורת membrane אבל גם בתצורה של מודעות מודעות מודעות כגון אבקות, קצף, ו aerogels. הפעילו גרפים מבוססי גרף יכול ללכוד פרסומות אורגניות, צבעים, כבדות באמצעות אינטראקציות אלקטרו-פרצוף, לעתים קרובות מאפשר משיכה מהירה של משיכה.

Graphene Membranes for Water and Wastewater Treatment

מחסור במים וזיהום נשאר בין האתגרים הגלובליים הדחוף ביותר.גרפן מבוסס membranes מציעים מסלול לכיוון יעיל באנרגיה, טיפול סלקטיבית מאוד של מים לשתייה, מים פסולת, ואפקטים תעשייתיים.הת להלן מפרט את קטגוריות הזיהום הראשוניות ואת המנגנונים שבאמצעותם גרפן membranes מטפל בהם.

מתכת כבדה ומתכתיות ספוילר

(ב) עופרת, כספית, קדמיום, ארסן, ומין כרום הם רעילים אפילו במחסנים של כמה מיליארד ריכוזים. Graphene oxide membranes, במיוחד כאשר הם משולבים עם מחסנים או פונקציונליים עם קבוצות chelating 1-1, 000 000 000 000 000 000 000 000 חזק מדי עבור cLTs מסיבי מתכת כבד.

טיפול במים גבוה בפלוקס ו- Brackish Water Treatment

(הופנה מהדף גידול ייצור מים באזורים עקשניים, אך תנודות הפוכה קונבנציונלית נותרה בעלת אנרגיה-חושית.הפוטנציאל של Graphene להפחית את צריכת האנרגיה הספציפית שלו הוא ביכולת לספק זיהומים גבוהים ללא היסוס של דחיית מלח 1-Frevenance סימולציה של מים: סימולציות מולקולאריות גבוהות יותר מ- 1-FLT2 מציעות ל-LSquarelimate ⁇ ⁇

שליטה על Contaminants

עלייתו של חומרים per- ופוליפלולקלי (PFAS) כדאגה גדולה למים של שתייה הובילה את החוקרים לבחון את קרום תחמוצת הגרף נגד מודעות אלו המתמדות.תוצאות מוקדמות מצביעות על כך שאינטראקציות הידרופוביות בין שרשרת פחמן-השפעה לפחמן לבין המולקולות של גרפן גרף ביעילות PFAS, השגת שיעורי עלייה של 99% עבור PFOA ו-PFOS בשכבה מבוזרת של חומרים מקבציים מורכבים לשרירים.

בקרה ביולוגית פנימית פנימית פנימית פנימית

ביופולינג, הצטברות של מיקרואורגניזמים וביופילים על פני השטח membrane, להפחית את השטף ומגדיל את תדירות ניקוי. הן גרגרן לינוקס להציג פעילות מיקרוביאלית. mechanisms כוללים יחידות תחזוקה פיזיקליות על ידי ננו גליונות חדים, לחץ חמצון באמצעות מינים תגובתיים, ועלויות העברה חיידקית מ mechanmnes הראו ירידה משמעותית של צינורות אורגניים.

מיזוג אוויר וניהול חלקי

זיהום אווירי, כולל חומר חלקיקים בסדר (PMFIRLT:0)2.5Felove:1), תרכובות אורגניות תנודתיות (VOCs), וגזים רעילים, לתרום למיליוני מקרי מוות בטרם עת מדי שנה. מוליכותו של גראפן, אזור גבוה פני השטח, וגמישות כימית מאפשרת לו לשמש מסנן מתקדם שיכול לפורמול סיבים אוטומטיים של פחמן וסימני זכוכית במספר מדדים.

המונחים: high-Efficiency Particulate

מדיה מבוססת Graphene ללכוד חלקיקים אולטרה-פין באמצעות שילוב של הדרה בגודל, משיכה אלקטרוסטטית, ולכידת diffusive. Cross-linked GO קצף השיגו יותר מ 99% הסרת PMIRFLT:02.5FLT:1 עם לחץ טיפות נמוך יותר מאלה של מסננים מסחריים HEPA.

הפרדה אורגנית וגז

(החומרים האורגניים של וולטיל (Fallowion), כגון פרסומות היברידיות רשמיות, benzene, ו- toluene הם נפוצים בתוך מזהמים פנימיים עם השפעות בריאותיות ידועות.comateized Gratroene מורכבs יכול להבחין בין מולקולות המבוססות על VOCs באמצעות ⁇ - ⁇ - ⁇ ו- מימן אג"ח: עבור הפרדה רציפה גז עם גרף 2, גרף עם גרף-F1, 000-F1, 000 ⁇ ) עם גרף עם גרף עם גרף עם גרף של גרף עם phostcate2F1, 000 phonb יכול להבחין בין מולקולות עם ⁇ FLT2F1, 000 עם phostcate עם phostclasticern2F1 phost Active עם phonb יכול להבחין בין מולקולות עם ⁇ F1 ⁇

פלטפורמות משולבות ו-Sensing Platforms

מכיוון שגרפן הוא התנהגות חשמלית והתנגדותו משתנה על ידי מודעות של מולקולות ספציפיות, זה יכול לשמש במקביל מסנן ו חיישן.אינטגרציה של רכיבי מסנן מבוססי גרפן עם microcontrols מאפשר ניטור בזמן אמת של סינון ואיכות אוויר. ללבוש מסכות פנים ללבוש שילוב חיישנים גרפן יכול להזהיר משתמשים כאשר המסנן הופך רווי ודורש החלפת.

תהליכי הפרדה תעשייתיים מיוחדים

מעבר למים וליישומים אוויריים, חומרים המבוססים על גרפן מותאמים לתהליכים תעשייתיים תובעניים שבהם קיצוניות כימית, טמפרטורות גבוהות או הפרדה מולקולרית מסוימת נדרשים.

הפרדה במים בחבל

מים המיוצרים מפעולות נפט וגז ושפך שמן ימי דורשים הפרדה יעילה של פחמימנים מן המים. Graphene מבוסס aerogels וספוגים, עם הטבע העל-hydrophobic ו-oleophilic שלהם, יכול לספוג שמנים כמה מאות פעמים משקל שלהם תוך כדי הפעלת מים זורמים. a תלת-ממדיים aggeled באמצעות הפחתה כימית וקפאה יכול להיות מוקרן כדי לקבל אנרגיה מדבקת מים מדבקת.

זיהום אורגני וביטוח תרופות

תעשיית התרופות דורשת הפרדה של נוגדנים, טיהור של מרכיבים פרמצבטיים פעילים, ושיקום של פותרים אורגניים. Graphene oxide membranes עם ערוצי interlayer מותאמים יכול להפלה בין מולקולות שונות בגודל על ידי שבריר של אנגסטרום.בפתרון יישומים רדיואקטיביים, פתרון nanofiltration membraizing in משלבת ביצועים יציבים כגון phoretramated cinicial .

ייצור סקאלה ויציבות כלכלית

למרות תוצאות מעבדה מבטיחות, מעבר סינון גרפן ממחקר למציאות מסחרית דורש פתרון ייצור משמעותי ומכשולים כלכליים.

שיטות סינתטיות ו Defect control

Membrane-grad גרפן חייב להיות מיוצר עם צפיפות פגומה מבוקרת, מספר שכבה, וגודל מאוחר יותר. שיטות מובילות כגון exfoliation כימית של גרפיט (שיטתו של Hommers עבור GO) כמויות מדרגות אך מציג פגמים מבניים ותוכן חמצן משתנה.תחת פיזור כימי של ריצוף (CVD) על נחושת או ניקל מייצרת איכות גבוהה, מונוטרה-שכבת גדול יכול להציג גרף גבוה יותר ולהגדיל את רמות גבוהות יותר של תאים עם גרף נמוך יותר.

גודל פואר על פני שטחים גדולים

יצירת pores nanoscale עם התפלגות גודל מדויקת על אזורים מאקרוסקופיים היא לא טריוויאלי. שיטות נפוצות כוללות פגז ion ואחריו דחיסה כימית, טיפול פלזמה, ו תחריט חמצון אולטרה סגולה מושרה.כל טכניקה כוללת עצירות מסחר: ion יכול להיות אחיד אבל איטי, בעוד פלזמה יכול להציג התפלגות רחב בגודל של הדבקה.

טכנולוגיות טכנולוגיות טכנולוגיות טכנולוגיות

העלות הנוכחית של מונושכבות איכותיות גרפן נשאר גבוה משמעותית מחומרים פולימריים.עבור קרום מבוסס גרפן להתחרות בטיפול במים בנפח גבוה, עלויות הייצור חייבות לרדת באופן משמעותי.ה-pLT:0Department of EnergyFramearment in Graveic EnergyFLT 1 זיהה את העלות הזו כעדיפות וממומן תוכניות לכוונון פיתוח של מים ל-toroll Technomכלכליים, אם הם יכולים להיות בעלי ביצועים גבוהים יותר של תרופות גבוהות יותר מאשר מ-JJJJJJIUMFRAIUM CRAIUM CRAIUM CRAIUMCKEROLUM CRAIUMCKERIUM CRACKEREOLUM CRAIUMCKER גרף גבוה יותר מאשר 10.

שיקולים סביבתיים ובריאותיים עבור חומרי Graphene

אותם תכונות שהופכות את גרפן יעיל עבור סינון גם להעלות שאלות על ההשפעות הסביבתיות והבריאותיות הפוטנציאליות שלה.פיתוח אחראי דורש הערכה רעילה יסודית ונתיבים רגולטוריים ברורים.

פרופילים אנושיים ואקולקטיים

(Ganomaterials) משפחה ננו-חומרים אינטראקציה עם מערכות ביולוגיות באופן שונה בהתאם למורולוגיה, גודל, פונקציונליות פני השטח, ומדינת הדבקה.שאיפתו של גרפן אווירי אוויריטיס אווירית באוויר מציבה סכנות נשימות פוטנציאליות, אם כי גודל חלקיקים והשפעה נוקשה של סלקציה מוגבלת לכדי חומרים למניעת הריון ודלקתיים (Lyperic Definpine) שנועדו לחשיפה (Gatere) באמצעות מטבוליזם (Gateance) יעילה) של הגנה על ידי הגנה מפני חומרים מתאימים (Gateronicial Defronicial) ו-Hoxine) באמצעות , במהירויות של הגנה).

מנגנוני תגמול וסטנדרטי תעשייה

אין תקנות ספציפיות עבור מוצרי סינון מבוססי גרפן הקיימים כיום; הם נופלים תחת מסגרות כלליות עבור מוצרים nanoטכנולוגיה-enableed. בארצות הברית, ה-EPA מסדיר membranes המשמשים במערכות מים ציבוריות תחת חוק מים בטוח שתייה מים, הדורשות בטיחות חומרים נרחבים ונתונים ביצועים.

שיטות מחקר מתפתחות ומערכות היברידיות

המסלול של טכנולוגיית סינון גרפן מצביע על מערכות מרובות פונקציונליות, הסתגלות המשתרעות מעבר לסייב פיזי פשוט.כמה חזיתות מחקר מתעוררות הם מוכנים להאיץ את פריסת השדה.

אדריכלות רב-תכליתית

על ידי שילוב גרפן עם ננו-חומרים אחרים כגון צינורות פחמן, מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs), או מסגרות אורגניות קוהרנטיות (COFs), החוקרים יוצרים קרומברות היברידיות המנצלות את נקודות החוזק של כל רכיב. A Gombrane דחוס עם MOF nanocrystals יכול להגדיל את אתרי ספאקינג וזיהוי מולקולרי, הן עבור תרופות הרגעה סטרומטרום-מסטרום-מסטרום-מסטרום-תרגול עם תרופות.

יצירת עצמי וחכם מנברן Surfaces

הפחתת האתגר התפעולי העיקרי עבור סינון membrane. Graphene מבוסס photocatalysis, שבו אור גלוי מפעיל את המוליכים GO-semiconductor המורכב מפגיעה אורגנית מדרגה, הראה הבטחה ללחיצת עצמי מתמשך. ⁇ גרף התנהגות חשמלית גם מאפשר חמצון תקופתי של חומרים פגומים, ביעילות מחדש ביצועים בתוך תפקוד ללא מנגנונים כימיים אלה מחדש יכול להפחית באופן דרסטי.

שילוב עם אנרגיה מתחדשת

קהילות מרוחקות ומבחוץ מתמודדים עם אתגרים משולבים של מים לא בטוחים וחשמל מוגבל. חוקרים מפתחים מערכות משולבות שבו קרוטן קרומברנס יחד עם יחידות evaporation סולרי או אלקטרודיאליזה המונעת פוטו-וולטאית.בפלנציה סולארית, קולטן סולארי צף מייצר חום כדי להציף מים, אשר לאחר מכן מתכנסים נקיים כמו ditraate, בעוד גרף של 10 מ"מחץ נוסף של תאים סולאריים.

מסקנה

חומרים המבוססים על Graphene יושבים על גבול מדעי ההפרדה, המציעים שילוב של עובי בקנה מידה אטומי, נקבוביות טוטלי, חוסן מכני, וגמישות כימית כי ישירות מתייחס למגבלות הבסיסיות של טכנולוגיית membrane קונבנציונלית.מהסרת מתכות כבדות ומלחים במים כדי ללכוד חומרים כימיים המבוססים על פני השטח, ומאפשרת הפרדה תעשייתית מורכבת, חומרים אלה הם ביצועים מסולניים של מסלולים מתקדמים, כמו גם שיפור בטיחות גבוהה, כמו גם חיישנים חזקים יותר, שמירה על פני השטח.