Cómo aplicar el grafeno y sus materiales compuestos en el tratamiento del agua.

El grafeno (GE) es un material carbonoso bidimensional en forma de panal periódico formado por una disposición hexagonal de átomos de carbono con hibridación sp2. Tiene una gran superficie específica, alta movilidad de electrones y una fuerte característica de estabilidad química. Este artículo se centra en el progreso de la investigación del grafeno y sus materiales compuestos en adsorbentes y fotocatalizadores de tratamiento de agua en los últimos años. El grafeno y sus compuestos tienen un buen efecto de adsorción sobre metales pesados, contaminantes orgánicos y otros contaminantes, y una alta capacidad de adsorción. Después de combinarlo con materiales fotocatalíticos, el grafeno mejora eficazmente las propiedades fotocatalíticas de los compuestos debido a sus propiedades físicas y químicas únicas. Finalmente, se evaluó la aplicación de diversos grafeno y sus materiales compuestos en el tratamiento de aguas, y se prosiguieron sus perspectivas de aplicación en el tratamiento de aguas.

Introducción

El grafeno (GE) es un nuevo material carbonoso bidimensional en forma de panal periódico formado por una disposición hexagonal de átomos de carbono con hibridación sp2. En 2004, Geim y Novoselov del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Manchester en el Reino Unido obtuvieron grafeno por primera vez al quitar cristales de grafito con cinta, y así ganaron el Premio Nobel de Física 2010. El grafeno tiene propiedades físicas y químicas únicas y es uno de los materiales más robustos del mundo. Tiene una superficie específica teórica de hasta 2.630 m ² / g, buena conductividad térmica y movilidad electrónica de alta velocidad (200.000 cm ² / (V · s)). Se puede utilizar como material de electrodos, sensores y materiales de almacenamiento de hidrógeno. Al mismo tiempo, el grafito utilizado para preparar el grafeno y sus materiales compuestos está ampliamente disponible. El grafeno y sus materiales compuestos son más baratos que los nanotubos de carbono y el proceso de preparación es sencillo. Muchos académicos han comenzado a estudiar el grafeno y sus materiales compuestos en la aplicación del tratamiento del agua.

Aplicación del grafeno y sus materiales compuestos en el tratamiento del agua.

El grafeno (GE) es un material carbonoso bidimensional en forma de panal periódico formado por una disposición hexagonal de átomos de carbono con hibridación sp2. Tiene una gran superficie específica, alta movilidad de electrones y una fuerte característica de estabilidad química. Este artículo se centra en el progreso de la investigación del grafeno y sus materiales compuestos en adsorbentes y fotocatalizadores para el tratamiento de agua en los últimos años. El grafeno y sus compuestos tienen un buen efecto de adsorción sobre metales, contaminantes orgánicos y otros contaminantes, y una alta capacidad de adsorción. Después de combinarlo con materiales fotocatalíticos, el grafeno mejora eficazmente las propiedades fotocatalíticas de los compuestos debido a sus propiedades físicas y químicas únicas. . Finalmente, se evaluó la aplicación de diversos grafeno y sus materiales compuestos en el tratamiento de aguas, y se prosiguieron sus perspectivas de aplicación en el tratamiento de aguas.

Preparación y propiedades del grafeno.

En los últimos años, se han logrado avances positivos en la preparación de grafeno. El proceso de preparación del grafeno suele ser grafito-óxido de grafito-óxido de grafeno-grafeno. El proceso de preparación se muestra en la Fig. 2. Los materiales comunes de carbono a base de grafeno incluyen grafeno, óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido. Los métodos de preparación del grafeno incluyen principalmente escisión micromecánica, deposición química de vapor, crecimiento epitaxial, suspensión coloidal y similares. El grafeno utilizado en el tratamiento del agua se prepara principalmente mediante métodos químicos teniendo en cuenta el método de preparación, el costo de preparación y la escala, y el método redox es el más utilizado. El óxido de grafeno (GO) generalmente se obtiene mediante oxidación química y preparación ultrasónica de grafito. Debido a la amplia gama de fuentes de grafito y los bajos precios, el óxido de grafeno es fácil de producir en masa. Al mismo tiempo, el óxido de grafeno tiene una gran cantidad de grupos que contienen oxígeno, como el grupo hidroxilo, el grupo carboxilo y el grupo epoxi. Es una sustancia hidrófila y tiene buena compatibilidad con muchos disolventes, y es muy adecuada para su aplicación en el tratamiento de aguas.

Los métodos de oxidación de grafito comúnmente utilizados que se informan actualmente incluyen el método Brodie, el método Standenmaier y el método Hummers. El principio básico es tratar primero el grafito con un ácido fuerte, formar un compuesto de intercalación de grafito y luego agregar un oxidante fuerte para oxidarlo. El método Hummers que utiliza H2SO4 concentrado, NaNO3 y KMnO4 como oxidantes es el más utilizado. Este método acorta el tiempo de preparación y mejora el factor de seguridad. Este método se utiliza a menudo en aplicaciones de tratamiento de agua. El óxido de grafeno se puede reducir a grafeno mediante un método químico (usando un agente reductor como hidrato de hidracina, dimetilhidrazina, borohidruro de sodio, etc.), un método de separación térmica, un método de radiación ultravioleta, un método de microondas o similares. El grupo oxigenado reducido en la superficie del óxido de grafeno se reduce para obtener óxido de grafeno reducido (RGO), lo que aumenta el potencial de superficie. En comparación con el óxido de grafeno, se mejora la capacidad de adsorción de contaminantes aniónicos en el agua.

Resumen y perspectiva

La escasa dispersabilidad del grafeno está limitada en la aplicación en solución acuosa, y la superficie del óxido de grafeno contiene grupos que contienen oxígeno, como el grupo hidroxilo, el grupo carboxilo y el grupo epoxi, que tiene una buena hidrofilicidad y una alta carga superficial negativa, y es adecuado para el tratamiento de iones metálicos y aguas residuales de tinte con carga positiva tiene un buen efecto. El grupo que contiene oxígeno en la superficie del óxido de grafeno reducido se reduce parcialmente, lo que aumenta el potencial de superficie del material y puede tratar las aguas residuales de colorante orgánico cargado negativamente y algunos contaminantes aniónicos en la superficie. El grafeno y sus materiales compuestos pueden desempeñar un papel eficaz en el rendimiento fotocatalítico, principalmente debido a los siguientes tres aspectos. Primero, la superficie específica es grande y se mejora la capacidad de adsorción del material compuesto. En segundo lugar, la mayor capacidad de transporte de electrones se puede utilizar como aceptor de electrones, retrasando la recombinación de pares de electrones y huecos y mejorando la actividad fotocatalítica del material compuesto. Lo más importante es que el grafeno extiende la respuesta espectral del compuesto a la región visible, reduciendo la banda prohibida del material fotocatalítico.

De la investigación actual, el principal avance en la aplicación del grafeno en el tratamiento del agua es el estudio transversal de materiales, química y gestión ambiental. La investigación de nuevos materiales compuestos de grafeno se basa principalmente en las características de los propios materiales para eliminar los contaminantes y en la combinación con materiales de carbono a base de grafeno para mejorar la capacidad de los materiales de adsorción, transferencia y reducción de electrones. El mecanismo de eliminación de contaminantes por el grafeno y sus materiales compuestos aún no está claro. A partir del mecanismo, se exploran los materiales compuestos a base de grafeno para la eliminación de metales pesados, sustancias inorgánicas y contaminantes orgánicos en el agua, especialmente la eliminación de nuevos contaminantes refractarios del espacio. Además, es necesario mejorar la estabilidad del grafeno y sus materiales compuestos. La preparación de materiales compuestos de grafeno estables por volumen también es un problema difícil ya que el grafeno se usa ampliamente en el tratamiento del agua. La fácil separación y los compuestos de grafeno magnético respetuosos con el medio ambiente tienen amplias perspectivas de uso en el tratamiento del agua, pero lleva tiempo que los compuestos de grafeno se apliquen ampliamente a los proyectos de tratamiento de agua.

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