Shkencëtarët realizojnë grimca aerogel grafeni për pastrim efikas të ujit
Duke shkruar në Journal of Molecular Liquids, një ekip i udhëhequr nga profesori Aravind Vijayaraghavan me bazë në Institutin Kombëtar të Grafenit (NGI) kanë prodhuar grimca tredimensionale të bëra nga grafeni, me shumë forma interesante, duke përdorur një variacion të efektit të unazës së vorbullës. I njëjti efekt përdoret për të prodhuar unaza tymi dhe është përgjegjës për mbajtjen e farave të luleradhiqes në fluturim. Këto grimca janë treguar gjithashtu të jenë jashtëzakonisht efikase në thithjen e ndotësve nga uji, duke e pastruar atë.
Studiuesit kanë treguar se formimi i këtyre grimcave të grafenit drejtohet nga një ndërveprim kompleks midis forcave të ndryshme si viskoziteti, tensioni sipërfaqësor, inercia dhe elektrostatika. Prof Vijayaraghavan tha, “Ne kemi ndërmarrë një studim sistematik për të kuptuar dhe shpjeguar ndikimin e parametrave dhe forcave të ndryshme të përfshira në formimin e grimcave. Më pas, duke përshtatur këtë proces, ne kemi zhvilluar grimca shumë efikase për pastrimin adsorbues të ndotësve nga uji.”
Oksidi i grafenit (GO), një formë e funksionalizuar e grafenit që formon një shpërndarje të qëndrueshme në ujë, ka shumë veti unike, duke përfshirë të qenit një kristal i lëngshëm. Fletët individuale GO janë një atom të hollë dhe të gjerë sa trashësia e flokëve të njeriut. Megjithatë, për të qenë të dobishëm, ato duhet të montohen në forma komplekse 3-dimensionale që ruajnë sipërfaqen e tyre të lartë dhe kiminë e sipërfaqes. Kompletime të tilla poroze 3-dimensionale të GO quhen aerogel, dhe kur mbushen me ujë, quhen hidrogel.
Studiuesit përdorën një material të dytë kristal të lëngët të quajtur CTAB (cetiltrimetilamoniumi bromid), për të grumbulluar thekon GO në grimca të vogla të hidrogeleve të oksidit të grafenit, pa pasur nevojë t’i reduktojnë ato në grafen. Kjo u arrit duke hedhur dispersionin GO në ujë në formën e pikave të vogla në një tretësirë të CTAB në ujë.
Kur pikat GO godasin sipërfaqen e tretësirës CTAB, ato sillen shumë ngjashëm me atë kur një rrymë tymi i nxehtë godet ajrin e ftohtë. Rënia GO derdhet në tretësirën CTAB në formën e një unaze, ose toroid, për shkak të ndryshimeve në densitetin dhe tensionin sipërfaqësor të dy lëngjeve.
Duke kontrolluar parametra të ndryshëm të këtij procesi, studiuesit kanë prodhuar grimca në formë sferash (topash), toroide (donuts) dhe forma të ndërmjetme që ngjajnë me kandil deti. Dr. Yizhen Shao, një doktoraturë e sapodiplomuar. studenti dhe autori kryesor i këtij punimi, tha: “Ne kemi zhvilluar një diagramë fazore universale për formimin e këtyre formave, bazuar në katër numra pa dimension – numrat Weber, Reynolds, Onhesorge dhe Weber, që përfaqësojnë tensionin inercial, viskoz, sipërfaqësor dhe forcat elektrostatike përkatësisht. Kjo mund të përdoret për të kontrolluar me saktësi morfologjinë e grimcave duke ndryshuar parametrat e formimit.” Studiuesit përdorën fotografinë me shpejtësi të lartë për të kapur formimin dhe evolucionin e këtyre formave të grimcave – që shihen këtu.
Autorët theksojnë rëndësinë e këtyre grimcave në pastrimin e ujit. Kaiwen Nie, një Ph.D. studenti dhe bashkautori i punimit, tha: “Ne mund të rregullojmë kiminë sipërfaqësore të thekoneve të grafenit në këto grimca për të nxjerrë ndotës të ngarkuar pozitivisht ose negativisht nga uji. Ne madje mund të nxjerrim ndotës të pa ngarkuar ose jone të metaleve të rënda duke funksionalizuar siç duhet grafenin sipërfaqe.”