Ultrasonic Exfoliation dari Water-Dispersible Graphene

• Mono dan bi-layer graphene nanosheets dapat diproduksi dengan cepat melalui pengelupasan ultrasonik dengan throughput yang tinggi dan dengan biaya rendah.
• Ultrasonikasi exfoliated graphene dapat difungsikan dengan biopolimer untuk mendapatkan graphene yang dapat terdispersi air.
• Dengan kavitasi ultrasonik, graphene tersintesis dapat diproses lebih lanjut menjadi dispersi berbasis air yang stabil.

Ultrasonic Exfoliation dari High-Quality Graphene

Ultrasonication adalah metode yang andal untuk menghasilkan lapisan graphene (graphene mono, bi- dan beberapa lapisan) dari serpihan grafit atau partikel. Sementara teknik pengelupasan umum lainnya seperti penggilingan ball-and roll mills atau high-shear mixer terkait dengan kualitas rendah dan penggunaan pereaksi dan pelarut yang agresif, metode pengelupasan ultrasonik menyakinkan oleh outputnya yang berkualitas tinggi, kapasitas proses tinggi dan kondisi pemrosesan yang ringan.
Kavitasi ultrasonik Menciptakan menciptakan kekuatan shear yang hebat, yang memisahkan lapisan grafit yang ditumpuk menjadi mono-, bi-dan few-layer yang bebas dari graphene yang rusak.

Water-Dispersable Graphene Sheets

Dalam kondisi normal, graphene hampir tidak dapat didispersi dalam air dan membentuk agregat dan aglomerat bila terdispersi dalam medium berair. Karena sistem berair memiliki keuntungan signifikan karena sistem graphene berbasis air yang murah, tidak beracun, ramah lingkungan, sangat menarik bagi produsen graphene dan industri downstream.
Untuk mendapatkan water-dispersable graphene nanosheets, graphene pengelupasan ultrasonik dimodifikasi dengan polisakarida / biopolimer seperti pullulan, chitosan, alginate, gelatine or gum arabic

Keuntungan:

• graphene berkualitas tinggi
• hasil yang tinggi
• dispersi berbasis air
• konsentrasi yang tinggi
• efisiensi yang sangat tinggi
• proses yang cepat
• biaya yang rendah
• throughput yang tinggi
• ramah lingkungan

Protokol Pengelupasan Langsung Grafit

Pullulan non-ionik dan anionik alginat (1,0 g) dilarutkan secara terpisah dalam 20 ml air suling (DI), sedangkan kitosan kationik (0,4 g) dilarutkan dalam 20 ml asam dengan asam asetat 1% berat. Bubuk grafit didispersi dalam larutan biopolimer berair dan diolah dengan menggunakan prosesor ultrasonik UP200S (Daya maksimum 200 W, frekuensi 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Jerman) dilengkapi cone frustum titanium sonotrode (model micro tip S3, tip diameter 3 mm, maximum amplitude 210µm, acoustic power density atau surface intensity 460 W cm^-2) dalam kondisi berikut: 0,5 siklus dan amplitudo 50%, untuk jangka waktu 10, 20, 30, dan 60 menit, masing-masing. Hasil terbaik diperoleh pada sonikasi 30 menit. Sonikasi diaplikasikan pada kekuatan 16,25 W selama 30 menit, dengan konsumsi energi (output energi per satuan volume) 731 Ws ml^-1.
Selanjutnya, campuran disentrifugasi pada 1500 rpm selama 60 menit untuk menghilangkan partikel grafit yang belum dieksplorasi dan kemudian dicuci 5 kali dan kemudian disentrifugasi pada 5000 rpm selama 20 menit untuk menghilangkan kelebihan biopolimer. Solusi abu-abu gelap yang dihasilkan dikeringkan dengan vakum pada suhu 40ºC sampai tidak terjadi kehilangan massa. Bubuk polimer-graphene yang dihasilkan didispersi ulang dalam air (1 mg ml^-1 Untuk pullulan dan chitosan; 0,18 mg ml^-1 untuk alginat) untuk karakterisasi. Lembar graphene yang diperoleh dengan pullulan-, alginat, dan ultrasonikasi dibantu chitosan masing-masing ditunjukkan sebagai pull-G, alg-G, dan chit-G.
Dari ketiga sistem tersebut, pullulan dan chitosan lebih efektif dalam pengelupasan grafit daripada alginat. Metode ini menghasilkan lembaran graphene mono, bi, dan lapisan tipis yang sedikit terkelupas hanya dengan defek lateral (tepi) yang rendah. Adsorpsi biopolimer pada permukaan graphene memberikan stabilitas tahan lama (lebih dari 6 bulan) dari dispersi berair.
(Unalan et al. 2015)

Ultrasonik Sistem

Prosesor ultrasonik berteknologi tinggi dari Hielscher digunakan di seluruh dunia untuk pengelupasan pendispersian grafit dan graphene yang berhasil. Pendispersi ultrasonik kami tersedia dari laboratorium dan bench-top hingga unit full produksi industri . Selain ketahanan, operasi 24/7 dan perawatan yang rendah, ultrasonator Hielscher meyakinkan dengan kemudahan pemrosesan dan skalabilitas linier yang tinggi.
Proses dapat dengan mudah diuji dan dioptimalkan di laboratorium. Setelah itu, semua hasil proses dapat ditingkatkan secara linier ke tingkat produksi komersial. Hal ini membuat sonication menjadi metode produksi yang efektif dan efisien untuk volume tinggi dari lembaran graphene berkualitas tinggi.
Hielscher Ultrasonics’ Prosesor ultrasonik industri bisa menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dijalankan dalam 24 jam sehari. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrodes ultrasonik yang dapat disesuaikan. Penyesuaian reactors ultrasound memastikan kemampuan produksi massal yang andal dan aman untuk nanosheets graphene berkualitas tinggi.

Hielscher ultrasonik homogenizers dengan daya yang tinggi tersedia untuk skala proses apapun – mulai dari laboratorium sampai produksi.

Ketahanan peralatan ultrasonik Hielscher's memungkinkan untuk operasi 24/7 untuk tugas yang berat dan untuk lingkungan yang menuntut.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: