Lyerje tejzanor e Graphene ujit të shpërndarë
- Nanosheets mono dhe bi-layer graphene mund të prodhohen shpejt përmes lulëzimit tejzanor me xhiro të lartë dhe me kosto të ulët.
- Graphene ultrasonically exfoliated mund të funksionalizohet me biopolimerë në mënyrë që të arrihet grafeni i shpërndarë në ujë.
- Nga cavitation tejzanor, graphene sintetizuara mund të përpunohen më tej në një shpërndarje të qëndrueshme të ujit.
Lulëzimi tejzanor i grafenit me cilësi të lartë
Ultrasonication është një metodë e besueshme për të prodhuar shtresa të grafenit (grafene mono-, bi- dhe pak shtresore) nga thekon grafit ose grimca. Përderisa teknika të tjera të zakonshme të shtresimit të tilla si mullinj me balonë dhe rrotull ose me miksera të lartë janë të lidhura me cilësi të ulët dhe përdorimi i reagentëve agresive dhe tretës, metodat e lulëzimit tejzanor bindin me prodhimin e tij me cilësi të lartë, me kapacitet të lartë të procesit dhe me kushte të lehta përpunimi.
cavitation tejzanor krijon forca intensive të qethjes, të cilat i ndajnë shtresat e grumbulluara të grafit në shtresa mono-, bi- dhe pak-shtresa të grafenit pa defekt.
Fletë grafeni me ujë të shpërndarë
Në kushte normale, grafeni vështirë se mund të shpërndahet në ujë dhe formon agregime dhe aglomerate kur shpërndahet në mjedisin ujor. Meqenëse sistemet ujore kanë avantazhe të konsiderueshme për të qenë të lira, sistemet grafene me bazë uji jo-toksike, miqësore me mjedisin, janë shumë atraktive për prodhuesit e grafeneve dhe industrinë e rrymës.
Për të marrë nanosheets grafene të shpërndara në ujë, grafeni ultrasonically exfoliated është modifikuar me polisaçaride / biopolimere të tilla si pullulan, chitosan, alginate, xhelatinë ose gomë arabike.
- grafit me cilësi të lartë
- të jepnin të lartë
- dispersion me bazë uji
- përqendrim të lartë
- efikasitet te larte
- proces të shpejtë
- çmim i ulët
- të lartë të xhiros
- mjedisit të favorshëm
Sistemi tejzanor për lulëzimin e grafenit
Protokolli i shtresimit të drejtpërdrejtë të grafit
Pullulani jo jonik dhe alginat anionik (1.0 g) u shpërndanë ndaras në 20 ml ujë të distiluar (DI), ndërsa kitozën kationike (0.4 g) u shpërnda në 20 ml DI me acid acetik 1% wt. Pluhuri grafit u shpërnda në zgjidhjet e biopolimerit ujor dhe u trajtua duke përdorur një procesor tejzanor UP200S (maksimumi 200 W, frekuenca 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Gjermani) e pajisur me një sonotrode titani me konus frustum (model mikro tip S3, diametër tip 3 mm, amplitudë maksimale 210μm, densitet të fuqisë akustike ose intensitet sipërfaqësor 460 W cm-2) në kushtet e mëposhtme: cikël 0.5 dhe amplitudë 50%, për një periudhë prej 10, 20, 30 dhe 60 min, respektivisht. Rezultatet më të mira u arritën në 30 minuta sonication. Sonication është aplikuar në fuqinë e 16.25 W për 30 minuta, me konsumin e energjisë (prodhimi i energjisë për njësi vëllimi) prej 731 Ws ml-1.
Më pas, përzierjet u centrifuguan në 1500 rpm për 60 min për të hequr grimcat e papërpunuara të grafit dhe pastaj u lanë 5 herë dhe centrifugohen sërish në 5000 rpm për 20 min për të hequr biopolimerë të tepërta. Zgjidhjet me ngjyrë të errët të errët janë tharë me vakum në 40ºC deri sa nuk ka humbje në masë. Pluhurat polimer-grafene rezultuese u redispersed në ujë (1 mg ml-1 për pullulan dhe chitosan; 0.18 mg ml-1 për alginate) për karakterizimin. Fletët e grafit të fituara nga ultrasonication me pullulan, alginate dhe chitosan janë treguar si pull-G, alg-G, dhe chit-G, respektivisht.
Nga tre sistemet, pullulan dhe chitosan ishin më efektive në lyerjen e grafit se alginate. Kjo metodë krijoi fletë grafene mono-, bi- dhe pak shtresore me vetëm defekte të vogla anësore. Adsorbimi i biopolimereve ne siperfaqen e grafenit siguron nje stabilitet afatgjate (me shume se 6 muaj) te dispersionit ujor.
(Unalan et al 2015)
Imazhet TEM të pull-G për: (a) 10 min; (b) 20 min; (c) 30 min; (d) 60 min; (e) chit-G për 30 minuta; (f) alg-G për 30 min. (Unalan et al 2015)
Sistemet tejzanor
Përpunuesit tejzanor me fuqi të lartë Hielscher përdoren në të gjithë botën për lulëzimin dhe shpërndarjen e suksesshme të grafit dhe grafenit. Disperuesit tona tejzanor janë në dispozicion nga laboratori dhe paneli deri në njësitë e prodhimit të plotë industrial. Përveç fuqisë, funksionimit 24/7 dhe mirëmbajtjes së ulët, Hielscher ultrasonicators sigurojnë lehtësi të përpunimit dhe shkallëzim linear.
Proceset mund të testohen lehtë dhe të optimizohen në laborator. Më pas, të gjitha rezultatet e procesit mund të reduktohen krejtësisht lineare në nivelin e prodhimit komercial. Kjo e bën sonication një metodë efektive dhe efikase të prodhimit për vëllimin e lartë të fletëve grafene me cilësi të lartë.
Hielscher Ultrasonics’ procesorë industrial tejzanor mund të japin amplitudë shumë të lartë. Amplituda deri në 200μm lehtë mund të kryhet në mënyrë të vazhdueshme në operimin 24/7. Për amplitudë edhe më të larta, janë të disponueshme sonotrodat ultrasonikë të përshtatur. Reaktorët me ultratinguj përputhen për të siguruar aftësinë e prodhimit të besueshëm dhe të sigurt në masë të nanosheets të kualitetit të lartë të grafenit.
Homogenizuesit tejzanor Hielscher me fuqi të lartë janë në dispozicion për çdo shkallë të procesit – nga laboratori në prodhim.
Fuqia e pajisjeve tejzanor të Hielscher mundëson operimin 24 orë në ditë në detyrë të rëndë dhe në mjedise kërkuese.
Tabela më poshtë ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonicators tonë:
| Vëllimi i Serisë | Shkalla e rrjedhjes | Devices rekomanduara |
|---|---|---|
| 10 deri në 2000 ml | 20 deri 400mL / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 deri në 20L | 0.2 deri në 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100L | 2 deri në 10L / min | UIP4000 |
| na | 10 deri në 100L / min | UIP16000 |
| na | më e madhe | grup i UIP16000 |
Letërsi / Referencat
- Unalan IU, Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Shtresimi i shpejtë i trombociteve grafit të asistuar nga polisakaridet në fletë grafeni të shpërndara në ujë me cilësi të lartë. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
Fakte të vlefshme
Graphene
Grafeni është një monoslojës i sp2të lidhura me atome karboni. Grafeni ofron karakteristika unike materiale të tilla si një zonë e jashtëzakonshme e madhe specifike e sipërfaqes (2620 m2G-1), vetitë mekanike superiore me një modul të Young-it prej 1 TPa dhe një forcë të brendshme prej 130 GPa, një përçueshmëri shumë të lartë elektronike (lëvizja e elektronit të temperaturës së dhomës prej 2,5 x 105 cm2 V-1s-1), përçueshmëri shumë të lartë termale (mbi 3000 W m K-1), për të përmendur pronat më të rëndësishme. Për shkak të vetive materiale superiore, grafeni përdoret shumë në zhvillimin dhe prodhimin e baterive me performancë të lartë, qelizat e karburantit, qelizat diellore, supercapacitor, magazinat e hidrogjenit, mburojat elektromagnetike dhe pajisjet elektronike. Për më tepër, grafeni është inkorporuar në shumë nanocomposites dhe materialeve të përbërë si përforcues shtesë, p.sh. në polimere, qeramikë dhe matricat metalike. Për shkak të përçueshmërisë së lartë, grafeni është një komponent i rëndësishëm i bojrave dhe i bojrave përçueshëm.
Të shpejtë dhe të sigurt përgatitja tejzanor e grafenit të defektit në vëllime të mëdha me kosto të ulët lejon për zgjerimin e aplikacioneve të graphene në më shumë industri dhe më shumë.