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新南威爾士大學(xué)（UNSW）的研究人員制作出了一種新型低成本石墨烯基膜，可以選擇性地調(diào)整以分離不同的氣體，石墨烯基膜是一種用于工業(yè)領(lǐng)域氣體或液體分離的過(guò)濾器。

由Rakesh Joshi博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)希望，能夠使用這種過(guò)濾器來(lái)分離和捕獲被視為廢物的氣體，從而改善我們利用廢氣資源的方式。該論文本月發(fā)表在《Advanced Materials》上，介紹了該過(guò)濾器實(shí)驗(yàn)室中的發(fā)現(xiàn)和制作過(guò)程。研究人員希望進(jìn)一步開(kāi)發(fā)該過(guò)濾器，以使其可用于工業(yè)。團(tuán)隊(duì)還研究了與現(xiàn)有主流過(guò)濾器不同的含鐵氧化石墨烯過(guò)濾器。

首席研究員Rakesh Joshi博士說(shuō)：“石墨烯是一種以蜂窩狀形式形成的碳原子薄片，被認(rèn)為是一種比鋼強(qiáng)度還高的神奇材料。在這項(xiàng)工作中，我們利用膜的超薄特性將鐵摻入氧化石墨烯過(guò)濾器中。我們發(fā)現(xiàn)這樣做可以增強(qiáng)氧化石墨烯的氣體傳輸能力。事實(shí)證明，向氧化石墨烯膜中添加鐵（這就是我們所說(shuō)的過(guò)渡金屬）可以比其他類型的過(guò)濾器更有效地分離出不同的氣體。特別是，這種材料非常擅長(zhǎng)提高滲透率，即氣體分子通過(guò)過(guò)濾器的傳輸速度和選擇性，這代表了在運(yùn)輸過(guò)程中從混合物中分離出氣體的效率。新型過(guò)濾器在選擇性方面性能是非常突出的。”

研究人員說(shuō)，本文所述的過(guò)濾器還能夠選擇性地從氮?dú)庵蟹蛛x二氧化碳，實(shí)現(xiàn)有價(jià)值資源的回收。

文章的第一作者Xioheng Jin說(shuō)：“高純度的氮廣泛用于材料加工（例如，半導(dǎo)體制造）以及電子、合成和醫(yī)療行業(yè)。二氧化碳是氣體產(chǎn)品中最常規(guī)的雜質(zhì)之一。目前大多數(shù)去除CO 2的方法會(huì)產(chǎn)生有害化學(xué)物質(zhì)，從氮?dú)庵蟹蛛xCO 2具有重要的工業(yè)價(jià)值，特別是對(duì)于溫室氣體的排放，例如電廠產(chǎn)生的燃燒廢氣，使用現(xiàn)有技術(shù)一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。”

鑒于良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究人員希望將新型過(guò)濾器應(yīng)用于二氧化碳與氮?dú)夂推渌麣怏w的分離，并幫助他們開(kāi)發(fā)出將此類新型過(guò)濾器用于各種應(yīng)用的新型工業(yè)解決方案。

該論文的合著者Tobias Foller表示：“這一發(fā)現(xiàn)為基于石墨烯的材料在氣體凈化行業(yè)中的應(yīng)用提供了新的機(jī)會(huì)。我們認(rèn)為該過(guò)濾器可以應(yīng)用于天然氣分離行業(yè)。”該團(tuán)隊(duì)目前正在用其他類型的金屬測(cè)試相同的原理。Xioheng Jin說(shuō)：“所有其他尚未研究的過(guò)渡金屬都有很大的可能性，可以植入石墨烯基結(jié)構(gòu)中并提供優(yōu)良的氣體分離性能。”

在2018年，Joshi博士的團(tuán)隊(duì)還成功展示了一種基于石墨烯的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的過(guò)濾器，該過(guò)濾器可以去除常規(guī)飲用水處理過(guò)程中留下的超過(guò)99％的普遍存在的天然有機(jī)物。
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