石墨烯在环保材料领域的应用

主题:石墨烯在环保材料领域的应用

开始时间:2014-09-01 14:00:00

结束时间:2014-09-01 18:00:00

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       分会各国科学家分享了各自在该领域的最新研究成果,同时,还展开了热烈的讨论,深刻探讨了石墨烯在环保领域的各种可能应用及现存亟需解决的各种问题等,凝练了该领域的热点方向,对石墨烯在环保领域的早日产业化起到了积极的推动作用。

       1) 研究进展:

       东南大学的孙立涛教授团队,世界上首次将石墨烯海绵用于水中油类污染的吸附,经过几代产品的改进,该团队的石墨烯海绵可以吸附自身重量600多倍的油类污染物,远远高于传统的吸附材料,并且该产品可以多次循环使用,大大降低了成本。另外,该团队还成功制备出了石墨烯和硫化钼的复合海绵,该海绵不仅可以吸附油类污染物,还可以对水中的重金属如铅、镉、铜等和各类染料如甲基橙、亚甲基蓝等具有非常明显的吸附效果,因此在水处理上具有极大的应用空间。目前以上成果正基于常州碳星公司推进产业化。哈尔滨工业大学的李宜彬教授团队,成功制备出了氮掺杂石墨烯和碳纳米纤维复合海绵,这种复合海绵不仅具有非常优异的吸附性能,而且具有非常好的力学性能,克服了单纯石墨烯海绵易碎和表面材料易脱落的缺点,使石墨烯基海绵更加接近实用化的程度。浙江大学的彭新生教授团队,用二维层状材料成功制备出了超滤膜,该超滤膜不仅具有很高的阻截率还具有非常好的液体透过率,相比于传统的商业超滤膜,该种膜在不牺牲阻截率的前提下,可以提供10倍到100倍的透过率。西班牙ICN2研究所的Pedro Gomez-Romero教授报道了用于能源及环境应用的石墨烯杂化纳米复合物的合成方法与最新实验进展。相比于上面石墨烯材料的主动除污应用,上海交通大学的科学家,将石墨烯涂于金属表面,从而可以起到抗腐蚀的作用,延长金属的使用寿命。相比于纯粹的裸金属,这种由石墨烯涂覆的金属具有极低的腐蚀率,约为裸金属的十分之一到五分之一。

       2) 待解决问题

       石墨烯在环保上的应用,正越来越受到世界各国的关注。但在以上这些应用的背后,其实还有许多待解决的科学问题,不管是石墨烯海绵还是石墨烯滤膜,都要涉及到石墨烯与液体的界面问题。到目前为止,对界面作用机理的研究较少;另外,由于研究手段的局限性,对界面相互作用机理的解释工作大多停滞在微米尺度,很少能够在纳米甚至原子尺度上对这一现象进行分析和解释。为了解决应用所面临的困难和挑战,促进石墨烯材料的发展和应用,有必要深化对石墨烯缺陷结构在液体环境中的演变过程的认识及对石墨烯与液体接触界面的作用机制在纳米甚至原子尺度下进行研究。另外,对于石墨烯基滤膜,不仅存在按需制备的困难,而且对于膜内石墨烯片间空隙及石墨烯片上缺陷的作用机制,还缺乏真正的了解。最后,对于石墨烯在环保上应用,最大的困难也是最实在的困难就是,成本仍较高,目前国内虽然已有几家百吨级的氧化石墨生产,但成本还是略高,因此为了加快石墨烯在环保上的应用步伐,急需发展出新的生产工艺,降低石墨烯的生产成本。

        石墨烯在环保上的应用,虽然还存在一些困难,但是在世界各国科学家的共同努力下,当前所面临的问题都会迎刃而解。随着研究手段的改进,如FEI公司的球差电镜,已可以达到皮米分辨率,可以在电镜下观察单个原子的实时情况。另外,美国劳伦斯伯克利国家实验室的郑海梅教授课题组拥有特制的液体样品杆,可以在电镜中观察待测物在液体中的行为。为了探究石墨烯海绵的吸附机理,东南大学的孙立涛教授已与郑海梅教授共同申报了国际项目,通过该项目的完成,我们相信对于石墨烯与液体的界面问题,还有石墨烯边缘与缺陷在吸附中的具体作用,都可以清楚的得到解释。在这些结果的指导下,更加高效更加可控的石墨烯海绵一定可以被制备出来。另外,为了改善石墨烯基材料的力学性能,复合材料是一个不错的选择,这样一方面既利用了基材的优异力学性能,又可以充分发挥石墨烯高比表面积的优势,从而得到更加实用化高效的石墨烯环保产品。随着科学技术的发展,将会有越来越多的石墨烯产品用于环保上面。我们相信石墨烯肯定会在水处理、大气处理、电磁吸附等环保领域大放异彩。

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       1) 研究进展:

       东南大学的孙立涛教授团队,世界上首次将石墨烯海绵用于水中油类污染的吸附,经过几代产品的改进,该团队的石墨烯海绵可以吸附自身重量600多倍的油类污染物,远远高于传统的吸附材料,并且该产品可以多次循环使用,大大降低了成本。另外,该团队还成功制备出了石墨烯和硫化钼的复合海绵,该海绵不仅可以吸附油类污染物,还可以对水中的重金属如铅、镉、铜等和各类染料如甲基橙、亚甲基蓝等具有非常明显的吸附效果,因此在水处理上具有极大的应用空间。目前以上成果正基于常州碳星公司推进产业化。哈尔滨工业大学的李宜彬教授团队,成功制备出了氮掺杂石墨烯和碳纳米纤维复合海绵,这种复合海绵不仅具有非常优异的吸附性能,而且具有非常好的力学性能,克服了单纯石墨烯海绵易碎和表面材料易脱落的缺点,使石墨烯基海绵更加接近实用化的程度。浙江大学的彭新生教授团队,用二维层状材料成功制备出了超滤膜,该超滤膜不仅具有很高的阻截率还具有非常好的液体透过率,相比于传统的商业超滤膜,该种膜在不牺牲阻截率的前提下,可以提供10倍到100倍的透过率。西班牙ICN2研究所的Pedro Gomez-Romero教授报道了用于能源及环境应用的石墨烯杂化纳米复合物的合成方法与最新实验进展。相比于上面石墨烯材料的主动除污应用,上海交通大学的科学家,将石墨烯涂于金属表面,从而可以起到抗腐蚀的作用,延长金属的使用寿命。相比于纯粹的裸金属,这种由石墨烯涂覆的金属具有极低的腐蚀率,约为裸金属的十分之一到五分之一。

       2) 待解决问题

       石墨烯在环保上的应用,正越来越受到世界各国的关注。但在以上这些应用的背后,其实还有许多待解决的科学问题,不管是石墨烯海绵还是石墨烯滤膜,都要涉及到石墨烯与液体的界面问题。到目前为止,对界面作用机理的研究较少;另外,由于研究手段的局限性,对界面相互作用机理的解释工作大多停滞在微米尺度,很少能够在纳米甚至原子尺度上对这一现象进行分析和解释。为了解决应用所面临的困难和挑战,促进石墨烯材料的发展和应用,有必要深化对石墨烯缺陷结构在液体环境中的演变过程的认识及对石墨烯与液体接触界面的作用机制在纳米甚至原子尺度下进行研究。另外,对于石墨烯基滤膜,不仅存在按需制备的困难,而且对于膜内石墨烯片间空隙及石墨烯片上缺陷的作用机制,还缺乏真正的了解。最后,对于石墨烯在环保上应用,最大的困难也是最实在的困难就是,成本仍较高,目前国内虽然已有几家百吨级的氧化石墨生产,但成本还是略高,因此为了加快石墨烯在环保上的应用步伐,急需发展出新的生产工艺,降低石墨烯的生产成本。

        石墨烯在环保上的应用,虽然还存在一些困难,但是在世界各国科学家的共同努力下,当前所面临的问题都会迎刃而解。随着研究手段的改进,如FEI公司的球差电镜,已可以达到皮米分辨率,可以在电镜下观察单个原子的实时情况。另外,美国劳伦斯伯克利国家实验室的郑海梅教授课题组拥有特制的液体样品杆,可以在电镜中观察待测物在液体中的行为。为了探究石墨烯海绵的吸附机理,东南大学的孙立涛教授已与郑海梅教授共同申报了国际项目,通过该项目的完成,我们相信对于石墨烯与液体的界面问题,还有石墨烯边缘与缺陷在吸附中的具体作用,都可以清楚的得到解释。在这些结果的指导下,更加高效更加可控的石墨烯海绵一定可以被制备出来。另外,为了改善石墨烯基材料的力学性能,复合材料是一个不错的选择,这样一方面既利用了基材的优异力学性能,又可以充分发挥石墨烯高比表面积的优势,从而得到更加实用化高效的石墨烯环保产品。随着科学技术的发展,将会有越来越多的石墨烯产品用于环保上面。我们相信石墨烯肯定会在水处理、大气处理、电磁吸附等环保领域大放异彩。

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