تعتبر أغشية الكربون مثل الجرافين مواد خفيفة للغاية ولكنها قوية للغاية ولها إمكانات تطبيق ممتازة، ولكن قد يكون من الصعب تصنيعها، وعادة ما تتطلب الكثير من القوى العاملة واستراتيجيات تستغرق وقتًا طويلاً، كما أن الطرق مكلفة وغير صديقة للبيئة.
مع إنتاج كمية كبيرة من الجرافين، وللتغلب على الصعوبات التي تواجه تطبيق طرق الاستخلاص الحالية، قام باحثون في جامعة بن غوريون في النقب في إسرائيل بتطوير طريقة استخلاص "خضراء" للجرافين يمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من المجالات، بما في ذلك البصريات والإلكترونيات وعلم البيئة والتكنولوجيا الحيوية.
استخدم الباحثون التشتيت الميكانيكي لاستخلاص الجرافين من معدن الستريوليت الطبيعي. ووجدوا أن معدن الهيبوفيليت يُظهر إمكانيات جيدة لإنتاج الجرافين والمواد الشبيهة بالجرافين على نطاق صناعي.
قد يختلف محتوى الكربون في الهيبومفيبول. وبناءً على هذا المحتوى، تتفاوت إمكانيات استخدام الهيبومفيبول. فبعض أنواعه تُستخدم لخصائصها التحفيزية، بينما تتميز أنواع أخرى بخصائصها المبيدة للجراثيم.
تحدد الخصائص الهيكلية للهيبوبيروكسين تطبيقها في عملية الأكسدة والاختزال، ويمكن استخدامها أيضًا في إنتاج أفران الصهر وإنتاج السبائك الحديدية للحديد الزهر (عالي السيليكون).
بفضل خصائصه الفيزيائية والميكانيكية، وكثافته العالية، وقوته ومقاومته للتآكل، يتمتع الهيبوفيليت أيضاً بقدرة على امتصاص مجموعة متنوعة من المواد العضوية، مما يجعله مناسباً للاستخدام كمادة ترشيح. كما أثبت قدرته على إزالة جزيئات الجذور الحرة التي قد تلوث مصادر المياه.
يُظهر الهيبوبيروكسين قدرةً على تطهير المياه وتنقيتها من البكتيريا والجراثيم والكائنات الدقيقة البسيطة والطحالب الخضراء المزرقة. ونظرًا لخصائصه التحفيزية والاختزالية العالية، يُستخدم المغنيسيا غالبًا كمادة ماصة في معالجة مياه الصرف الصحي.
(أ) صورة مجهرية إلكترونية نافذة (TEM) لعينة الهيبوفيليت المشتتة بتكبير 13500 مرة، و(ب) صورة مجهرية إلكترونية نافذة (TEM) بتكبير 35000 مرة. (ج) طيف رامان للهيبوفيلليت المعالج، و(د) طيف مطيافية الأشعة السينية الكهروضوئية (XPS) لخط الكربون في طيف الهيبوفيليت.
استخلاص الجرافين
لتحضير الصخور لاستخلاص الجرافين، استخدم الباحثان مجهرًا إلكترونيًا ماسحًا (SEM) لفحص شوائب المعادن الثقيلة والمسامية في العينات. كما طبقا طرقًا مخبرية أخرى للتحقق من التركيب البنيوي العام ووجود معادن أخرى في الهيبومفيبول.
بعد اكتمال تحليل العينة وإعدادها، تمكن الباحثون من استخلاص الجرافين من الديوريت بعد معالجة العينة من كاريليا ميكانيكياً باستخدام جهاز تنظيف بالموجات فوق الصوتية رقمي.
بما أنه يمكن معالجة عدد كبير من العينات باستخدام هذه الطريقة، فلا يوجد خطر للتلوث الثانوي، ولا يلزم استخدام طرق معالجة العينات اللاحقة.
نظراً لأن الخصائص الاستثنائية للجرافين معروفة على نطاق واسع في أوساط البحث العلمي، فقد تم تطوير العديد من طرق إنتاجه وتصنيعه. ومع ذلك، فإن العديد من هذه الطرق إما أنها عمليات متعددة الخطوات أو تتطلب استخدام مواد كيميائية وعوامل مؤكسدة ومختزلة قوية.
على الرغم من أن الجرافين وأغشية الكربون الأخرى أظهرت إمكانات تطبيقية كبيرة وحققت نجاحًا نسبيًا في مجال البحث والتطوير، إلا أن العمليات التي تستخدم هذه المواد لا تزال قيد التطوير. ويكمن جزء من التحدي في جعل استخلاص الجرافين فعالًا من حيث التكلفة، مما يعني أن إيجاد تقنية التشتيت المناسبة هو المفتاح.
إن طريقة التشتيت أو التركيب هذه شاقة وغير صديقة للبيئة، كما أن قوة هذه التقنيات يمكن أن تسبب عيوبًا في الجرافين المنتج، مما يقلل من الجودة الممتازة المتوقعة للجرافين.
يُسهم استخدام أجهزة التنظيف بالموجات فوق الصوتية في تصنيع الجرافين في التخلص من المخاطر والتكاليف المرتبطة بالطرق الكيميائية متعددة الخطوات. وقد مهد تطبيق هذه الطريقة على معدن الهيبوفيليت الطبيعي الطريق أمام أسلوب جديد صديق للبيئة لإنتاج الجرافين.
تاريخ النشر: 4 نوفمبر 2021
