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【深度】石墨烯产业发展现状与建议

2016-01-11 10:55来源:新材料产业作者:孟良 孙明娟关键词:石墨烯锂电池超级电容器收藏点赞

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2012 年初,石墨烯材料诺贝尔奖得主Geim教授研究发现氧化石墨烯薄膜可屏蔽除水之外所有其他分子,由此发现石墨烯可望用于制备过滤器材料,从而在海水净化、污水处理等方面有极大应用前景。2013 年初,洛克希德˙马丁公司投资1 500万美元开发用于海水淡化的石墨烯技术。石墨烯包覆沙砾可组装成过滤材料,其对汞的去除能力比其他吸附剂高5倍,石墨烯-磁性铁纳米粒子复合物用于从水中分离砷。因此,石墨烯有望在许多领域取代现有的碳吸附材料,成为 21 世纪最优秀的环境材料之一,在工业废水的治理、地表(饮用)水净化、贵金属冶炼与回收等方面得到广泛应用。

济宁利特纳米技术有限责任公司(以下简称“济宁利特纳米”)开发的水污染治理中处理重金属的产品具有以下3方面的优势。

①性能优势:对铅的吸附容量可达 1080 mg/g,是常规碳材料的7倍之多,吸附后重金属离子浓度可低至ppb级;②再生性能优势:吸附剂可重复使用50 次以上;③价格优势:开发的石墨烯吸附剂成本比离子交换纤维价格低,和部分鳌合树脂相当,但吸附容量是螯合树脂的2 倍以上。

2、石墨烯-功能性涂料

涂料是海洋船舶最主要的防腐防污手段,为了提高涂料的防腐性能,可在防腐涂料中加入具有鳞片状结构的云母粉或具有纳米结构的二氧化硅等填料,增强涂层的致密性,降低防腐涂层的渗透性能。但这些结构仅能提供物理防腐,达不到理想的防腐效果。为了提高涂料的防污性能,需在防腐漆中渗入对生物有毒的物质,这些物质会在船舶行驶过程中释放杀虫剂,对环境造成一定污染。因此,开发新型兼备防腐和防污效果的防污防腐涂料成为船舶漆发展中一个关键性科学技术问题。

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维片层结构的新材料,具有优异的导电性能(电阻率为10-6Ω/cm)、高的径厚比(>200)以及薄的片层结构(<1nm),应用于防腐涂料中可发挥物理防腐和化学防腐2种优势,大大提高涂料的防腐性能。同时石墨烯还被证明具有抗菌性能,加入到防腐涂料中提高涂料的防污性能。

现在很多科研工作者都开始研究石墨烯在腐蚀方面的应用,一系列的研究成果表明石墨烯在腐蚀防护方面有很大的潜力。研究表明用1%(质量分数)的石墨烯代替50%(质量分数)的锌粉,可达到富锌环氧涂料相同的防腐蚀效果,同时还可以提高防腐蚀时间,另外,每吨涂料可以便宜1 000多元。用石墨烯制备的涂料涂覆在金属铜、镍表面,相比于裸铜,腐蚀速率减慢7倍,镍的腐蚀速率慢4倍,充分证明石墨烯在保护金属腐蚀方面巨大的潜力。同时,石墨烯的抑菌性被2010年美国科学家Akhavan等所报道,随后有关石墨烯抑菌性的研究便逐步开始。石墨烯与细菌直接接触时,石墨烯就像纳米级无比锋利的刀片直接通过机械损伤来破坏细菌膜结构;另一方面,由于石墨烯优良的电子传输特性使得石墨烯能够轻易改变细菌膜表面的电位,从而引起膜表面细胞呼吸、电子传输,信号传输等功能混乱,导致细菌体内生化异常以致死亡。

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原标题:石墨烯产业发展现状与建议
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