Автор AZoNano 15 апреля 2021 г.

Графен превосходно удаляет загрязнения из воды, но это еще не коммерчески выгодное использование чудесного материала.

Это могло измениться.

В недавнем исследовании инженеры Университета Буффало сообщили о новом процессе 3D-печати графеновых аэрогелей, который, по их словам, преодолевает два ключевых препятствия – масштабируемость и создание версии материала, достаточно стабильной для многократного использования – для очистки воды.

«Цель состоит в том, чтобы безопасно удалить загрязняющие вещества из воды без выделения каких-либо проблемных химических остатков», – говорит соавтор исследования Нирупам Айч, доктор философии, доцент кафедры экологической инженерии в Школе инженерии и прикладных наук UB. Наук. «Созданные нами аэрогели сохраняют свою структуру при использовании в системах очистки воды, и их можно применять в различных системах очистки воды».

Исследование – «Трехмерные печатные аэрогели из графена и биополимера для удаления загрязнителей из воды: подтверждение концепции» – было опубликовано в журнале Emerging Investigator Series Environment Science: Nano . Арвид Масуд, доктор философии, бывший студент лаборатории Айха, является ведущим автором; Чи Чжоу, доктор философии, доцент кафедры промышленной и системной инженерии в UB, является соавтором.

Аэрогель представляет собой легкое высокопористое твердое вещество, образованное путем замены жидкости в геле на газ, так что получаемое твердое вещество имеет тот же размер, что и исходное. По структурной конфигурации они похожи на пенополистирол: очень пористые и легкие, но при этом прочные и упругие.

Графен представляет собой наноматериал, образованный элементарным углеродом и состоящий из единого плоского слоя атомов углерода, расположенных в повторяющейся гексагональной решетке.

Чтобы создать правильную консистенцию чернил на основе графена, исследователи обратились к природе. Они добавили к нему два биоиндуцированных полимера – полидофамин (синтетический материал, часто называемый КПК, похожий на адгезивный секрет мидий) и бычий сывороточный альбумин (белок, полученный из коров).

В ходе испытаний реконфигурированный аэрогель удалил некоторые тяжелые металлы, такие как свинец и хром, от которых страдают системы питьевой воды по всей стране. Он также удалял органические красители, такие как катионный метиленовый синий и анионный синий Эванса, а также органические растворители, такие как гексан, гептан и толуол.

Чтобы продемонстрировать возможность повторного использования аэрогеля, исследователи пропустили через него органические растворители 10 раз. Каждый раз удалялось 100% растворителей. Исследователи также сообщили, что способность аэрогеля улавливать метиленовый синий снизилась на 2-20% после третьего цикла.

Аэрогели также можно увеличивать в размере, говорит Айх, потому что, в отличие от нанолистов, аэрогели можно печатать в больших размерах. По его словам, это устраняет предыдущую проблему, присущую крупномасштабному производству, и делает процесс доступным для использования на крупных предприятиях, например, на очистных сооружениях. Он добавляет, что аэрогели можно удалить из воды и повторно использовать в других местах, и что они не оставляют никаких следов в воде.

Aich является частью сотрудничества между UB и Питтсбургским университетом во главе с профессором химии UB Дайаной Ага, доктором философии, по поиску методов и инструментов для разложения пер- и полифторалкильных веществ (PFAS), токсичных материалов, которые так трудно разрушить. что они известны как «вечные химические вещества». Айх отмечает сходство с его работой с трехмерными аэрогелями и надеется, что результаты этих двух проектов могут быть объединены для создания более эффективных методов удаления переносимых с водой загрязнителей.

«Мы можем использовать эти аэрогели не только для содержания частиц графена, но и нанометаллических частиц, которые могут действовать как катализаторы», – говорит Айх. «Будущая цель состоит в том, чтобы нанометаллические частицы внедрялись в стенки и поверхность этих аэрогелей, и они могли бы разлагать или уничтожать не только биологические, но и химические загрязнители».

Айч, Чи и Масуд имеют ожидающий рассмотрения патент на графеновый аэрогель, описанный в исследовании, и ищут промышленных партнеров для коммерциализации этого процесса.

Источник: http://www.buffalo.edu/