氧化石墨烯过滤

㈠ 石墨烯的用途是什么

石墨烯的主要用途有：

1、传感器

石墨烯是电化学生物传感器的理想材料，可以利用其表面吸附性能做成化学传感器。由石墨烯制成的传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。

2、晶体管

可以石墨烯结构的高度稳定性制作晶体管，种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。

3、新能源电池

利用石墨烯制作出的超级电池，解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题，极大加速了新能源电池产业的发展。

4、海水淡化

利用机械手段压缩石墨烯薄膜中的毛细通道尺寸，控制孔径大小，能高效过滤海水中的盐分。

5、复合材料

由石墨烯制成的多功能聚合物复合材料以及高强度多孔陶瓷材料，增强了复合材料的许多特殊性能。

石墨烯的常见制备方法：

1、氧化还原法

通过使用硫酸，硝酸等化学试剂及在高锰酸钾，双氧水等氧化剂环境下将天然石墨氧化，增大石墨层之间的间距，在石墨层与层之间插入氧化物，制得氧化石墨。接着将氧化石墨水洗，并对洗净后的固体进行低温干燥操作，制得氧化石墨粉体。

接着通过物理剥离，高温膨胀等方法对氧化石墨粉体进行剥离操作，制得氧化石墨烯。最后通过化学法将氧化石墨烯还原，制得石墨烯。

2、机械剥离法

利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，即可得到石墨烯薄层材料。这种方法操作简单，并且得到的石墨烯通常保持着其完整的晶体结构。

以上内容参考：网络-石墨烯

㈡ 海水淡化有了新进展，我们可以不用担心淡水枯竭了吗

地球 71%的面积被水覆盖，但全部水资源只有0.01%能供人类直接使用。据统计，世界上约有6.63 亿人住在没有饮用水供给的地区，很多人需要跋涉好几个小时才能获取干净水源。

非洲有1/3人口缺乏饮用水，近半数人口因饮用不洁净水而染病。为了解决水资源短缺的问题，一些沿海国家都纷纷开始开发海水淡化系统。但众多缺水的发展中国家根本无法负担由此带来的巨额成本。

现在，这些问题的解决有了新的曙光。今天 DT 君要介绍的，就是一种低成本的能够高效淡化海水的科技——氧化石墨烯薄膜过滤技术。这项最新研究成果发表在了《Nature Nanotechnology》上。

这项新技术诞生于世界顶尖的石墨烯科研机构——曼彻斯特大学“国家石墨烯研究所”。该研究所已经出过一位诺贝尔奖得主——那就是大名鼎鼎的“石墨烯之父”安德烈·海姆（Andre Geim）。

因在石墨烯材料方面的卓越研究，安德烈·海姆和他的同事康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）获得2010年诺贝尔物理学奖。安德烈·海姆也是本次论文的通讯作者之一。

然而，这种石墨烯薄膜系统要具有商业可行性还可能需要一段时间。这些研究人员的终极目标是构建一个高效的过滤工业废水和海水的净化装置。主要面临的挑战有如下三点：

第一，在工业上，要大规模地、廉价地生产稳定的、可持续在恶劣环境中工作的氧化石墨烯薄膜系统还必须考虑到该薄膜系统如何抗有机物、盐、和生物材料的腐蚀；

第二，研究人员如何大规模地生产这种氧化石墨烯薄膜，并且具有广泛的工业应用价值也是他们面临的一项的巨大挑战；

第三，石墨烯薄膜的生产过程中不可避免地会产生缺陷，如造成薄膜上不均匀的孔洞，这些孔洞对过滤和分离极其不利。

附录：背后的原理

通常，氧化石墨烯薄膜对水的透过性阻力较小，能够用于过滤和分离，质子导体，能量存储和转化等领域。然而，它们在离子筛分和脱盐技术中受到0.9纳米的渗透阈值限制，即直径低于0.9纳米的水合离子能够透过此膜，大于0.9纳米的离子才能被有效过滤。

理论证明，0.9 纳米的阈值是由氧化石墨烯薄膜系统的层间距（d，约为 1.35 纳米）所决定的。通常，氧化石墨烯薄膜在水中容易膨胀，要实现更小的层间距具有相当大的挑战。有证据表明，层间距 d 在 0.64 纳米到 0.98 纳米范围内氧化石墨烯薄膜系统能够对常见盐的水合离子进行有效的过滤。

基于这些发现，曼彻斯特大学的研究人员找到了一种方法（在氧化石墨烯薄膜的两侧引入环氧树脂）能够有效地控制孔径的扩张。经实验证实，用他们的方法能够使氧化石墨烯薄膜对氯化钠的离子的过滤率高达97%，这意味着该膜系统能够很好地进行过滤常见的盐离子。

这完全可以称得上是该领域内一件具有里程碑式的成就。

㈢ 石墨烯的作用和功效是什么

1、传感器

石墨烯可以做成化学传感器，这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的，根据部分学者的研究可知，石墨烯化学探测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比拟。石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。

2、晶体管

石墨烯可以用来制作晶体管，由于石墨烯结构的高度稳定性，这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。

3、海水淡化

石墨烯过滤器比其他海水淡化技术要使用的多。水环境中的氧化石墨烯薄膜与水亲密接触后，可形成约0.9纳米宽的通道，小于这一尺寸的离子或分子可以快速通过。通过机械手段进一步压缩石墨烯薄膜中的毛细通道尺寸，控制孔径大小，能高效过滤海水中的盐份。

(3)氧化石墨烯过滤扩展阅读：

石墨烯的特性

石墨烯具有非常良好的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为2.3%，看上去几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内，厚度每增加一层，吸收率增加2.3%。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性，且其光学特性随石墨烯厚度的改变而发生变化。

这是单层石墨烯所具有的不寻常低能电子结构。室温下对双栅极双层石墨烯场效应晶体管施加电压，石墨烯的带隙可在0~0.25eV间调整。施加磁场，石墨烯纳米带的光学响应可调谐至太赫兹范围。

㈣ 石墨烯叕有了新用途，可以将海水转化为饮用水

研究人员表示，他们在追求高效的海水淡化过程中，到达了一个重大的转折点，即石墨烯氧化膜可以作为筛子，筛出海水中的盐分。

目前的阶段内，该技术仍局限于实验室中，但这向我们演示了或许在某一天，我们能快速、轻松地把我们最丰富的资源之一——海水，转化为我们最稀缺的资源之一——干净的饮用水。

来自于英国曼切斯特大学的Rahul Nair所带领的团队表明，这种筛子可以有效地过滤其中的盐分，而该实验的下一步便是将其于已经存在的海水淡化膜进行对比测试。

“将有着均匀空隙大小的可伸缩膜缩小到原子的规格，是该实验迈出的最重要的一步，这将会为提高海水淡化技术的效率创造新的可能性，”Nair说道。

“这为我们的实验指明了道路，也证实了我们所描述的方法具有现实意义上的可扩性，并且能大规模生产石墨烯膜所需要的尺寸。”

长期以来，在过滤以及脱盐的道路上，氧化石墨烯膜都是一个潜力股。但即使许多团队都已经开发出了可以从水中筛出大颗粒物的膜，想要从中除去盐则需要更小的筛子，而这正是科学家们所努力的方向。

㈤ 怎么将石墨烯氧化成氧化石墨烯

1、Hummers 法
具体的工艺流程：
在冰水浴中装配好250 mL 的反应瓶加入适量的浓硫酸搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g 硝酸钠的固体混合物；
再分次加入6 g 高锰酸钾控制反应温度不超过20℃搅拌反应一段时间然后升温到35℃左右继续搅拌30 min再缓慢加入一定量的去离子水续拌20 min 后并加入适量双氧水还原残留的氧化剂使溶液变为亮黄色。
趁热过滤并用5%HCl 溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥保存备用。
2、Hummers方法
具体的工艺流程：
在冰水浴中装配好250 mL的反应瓶，加入适量的浓硫酸，磁力搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g硝酸钠的固体混合物，再缓慢加入6 g高锰酸钾，控制反应温度不超过10 ℃，在冰浴条件下搅拌2 h后取出，在室温下搅拌反应5 d。
将样品用5 %的H2SO4（质量分数）溶液进行稀释，搅拌2 h后，加入6 mL H2O2，溶液变成亮黄色，搅拌反应2 h离心。然后用浓度适当的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl反复洗涤；
最后用蒸馏水洗涤几次，使其pH~7，得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨(GO)。将样品在40 ℃的真空干燥箱中充分干燥。
获得的氧化石墨入去离子水中，60 W功率超声约3 h，沉淀过夜，取上层液离心清洗后放入烘箱内40 ℃干燥，即得片层较薄的氧化石墨烯。

㈥ Hummers法制备氧化石墨烯，各种试剂的作用都是怎样的

氧化石墨烯的制备方法：

方法一： 由天然鳞片石墨反应生成氧化石墨，大致分为 3 个阶段，低温反应：在冰水浴中放入大烧杯，加入 110mL 浓 H2SO4，在磁力搅拌器上搅拌，放入温度计让其温度降至 4℃左右。加入 -100目鳞片状石墨 5g，再加入 2.5g NaNO3，然后缓慢加入 15g KMnO4，加完后记时，在磁力搅拌器上搅拌反应 90min，溶液呈紫绿色。中温反应：将冰水浴换成温水浴，在磁力搅拌器搅拌下将烧杯里的温度控制在32~40℃，让其反应 30 min，溶液呈紫绿色。高温反应：中温反应结束之后，缓慢加入 220mL 去离子水，加热保持温度 70~100℃左右，缓慢加入一定双氧水 (5 %)进行高温反应，此时反应液变成金黄色。反应后的溶液在离心机中多次离心洗涤，直至 BaCl2检测无白色沉淀生成，说明没有 SO42-的存在，样品在 40~50℃温度下烘干。H2SO4、NaNO3、KMnO4一起加入到低温反应的优点是反应温度容易控制且与 KMnO4反应时间足够长。如果在中温过程中加入 KMnO4，一开始温度会急剧上升，很难控制反应的温度在 32~40℃。技术路线图见图 1。

方法二：Hummers 方法 采用Hummers 方法[5]制备氧化石墨。具体的工艺流程在冰水浴中装配好250 mL 的反应瓶加入适量的浓硫酸搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g 硝酸钠的固体混合物再分次加入6 g 高锰酸钾控制反应温度不超过20℃搅拌反应一段时间然后升温到35℃左右继续搅拌30 min再缓慢加入一定量的去离子水续拌20 min 后并加入适量双氧水还原残留的氧化剂使溶液变为亮黄色。 趁热过滤并用5%HCl 溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥保存备用。

方法三：修正的Hummers方法 采用修正的Hummers方法合成氧化石墨，如图1中(1)过程。即在冰水浴中装配好250 mL的反应瓶，加入适量的浓硫酸，磁力搅拌下加入2 g 石墨粉和1 g硝酸钠的固体混合物，再缓慢加入6 g高锰酸钾，控制反应温度不超过10 ℃，在冰浴条件下搅拌2 h后取出，在室温下搅拌反应5 d。然后将样品用5 %的H2SO4（质量分数）溶液进行稀释，搅拌2 h后，加入6 mL H2O2，溶液变成亮黄色，搅拌反应2 h离心。然后用浓度适当的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl反复洗涤、最后用蒸馏水洗涤几次，使其pH~7，得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨(GO)。最后将样品在40 ℃的真空干燥箱中充分干燥。将获得的氧化石墨入去离子水中，60 W功率超声约3 h，沉淀过夜，取上层液离心清洗后放入烘箱内40 ℃干燥，即得片层较薄的氧化石墨烯，如图1中(2)过程。

方法四：超声辅助Hummers法制备氧化石墨烯 该方法主要包含了低温、中温、高温3个反应阶段。研究表明[8]：低温反应主要发生硫酸分子在石墨层间插层；中温反应主要发生石墨的深度氧化；高温反应过程则主要发生层间化合物的水解反应。低温反应插层充分，中温反应深度氧化完全，高温反应水解彻底，是获得层间距较大氧化石墨的有效途径之一，这种层间距较大的氧化石墨不仅有利于其他分子、原子等插入层间形成氧化石墨插层复合材料，而且易于被剥离成单层氧化石墨，为进一步制备单层石墨烯打下基础。 1.2.1Hummers法制备氧化石墨烯 低温反应：量取23mL浓硫酸倒入烧杯，烧杯放入冰浴中冷却至4℃以下，称取1g石墨粉和0.5g硝酸钠放入烧杯，1h以后缓慢加入3g高锰酸钾，控制温度不超过10℃，反应时间共约2h；中温反应：把烧杯移至恒温水浴锅，水浴温度控制在38℃反应0.5h，保持搅拌；高温反应：在所得混合液中缓慢加入80mL的去离子水，保持混合液温度~95℃反应30min，期间保持适度搅拌；高温反应后加入约60mL去离子水中止反应，加入15mL(30Vol%)的双氧水，待反应约15min后再加入40mL(10Vol%)的盐酸溶液。低速离心洗涤去除过量的酸及副产物，将洗涤后呈中性的氧化石墨分散于水中，超声震荡剥离40min，超声结束后在2500r·min-1转速下离心30min，上层液即是氧化石墨烯悬浊液。 1.2.2预氧化-Hummers法制备氧化石墨烯 将30mL浓H2SO4，10gK2S2O8，10gP2O5置于三口烧瓶中，加热至80℃后加入20g石墨粉后保温6h，自然冷却至室温后，稀释，抽滤，洗涤直至中性，室温下自然干燥。取1g预处理过的样品进行Hummers法制备氧化石墨烯(见1.2.1)。 1.2.3低中温超声辅助Hummers法合成氧化石墨烯 低温反应：量取23mL浓硫酸倒入烧杯，烧杯放入冰浴中冷却至4℃以下，称取1g石墨粉和0.5g硝酸钠放入烧杯，开启超声，1h以后缓慢加入3g高锰酸钾，关闭超声并开始搅拌，控制温度不超过10℃，反应时间共2h；中温反应：把烧杯移至水浴锅，开启超声，水浴温度控制在38℃反应0.5h；高温反应：把所得混合液缓慢加入约100mL的低温去离子水中，接着将以上混合液置于~95℃水浴中反应30min，期间保持适度机械搅拌；高温反应后加入60mL去离子水中止反应，随后加入25mL(30Vol%)的双氧水，待反应约15min后再加入40mL(10Vol%)的盐酸溶液溶解。低速离心洗涤去除过量的酸及副产物，将洗涤后呈中性的氧化石墨分散于水中，超声振荡剥离40min，超声结束后在2500r·min-1转速下离心30min，上层液即是氧化石墨烯分散液。 1.2.4低温超声辅助Hummers法合成氧化石墨烯 除把中温反应的超声振荡改为搅拌以外，其他均与1.2.3合成工艺相同。 1.2.5中温超声辅助Hummers法合成氧化石墨烯 除在低温反应阶段只使用搅拌(不使用超声振荡)以外，其他均与1.2.3合成工艺相同。

方法五：温老师的方法 The 500-mesh flake graphite (1 g) and NaNO3(0.75 g) were dissolved in 75 mL 98 wt % H2SO4 under magnetic stirring in ice-water bath and KMnO4(4.5 g) were added gently. After completion of the addition, the reaction mixture was stirred continuously for 2 h. Then, the reaction was allowed to react for 5 days at room temperature. Afterward, KMnO4(2.25 g) was added graally to the reaction mixture within 2 h under an ice water bath and then keep the reaction for another 5 days. After raising the temperature to 90 C, 140mL 5 wt % H2SO4 was added graally to the reaction mix-ture under magnetic stirring for 2 h. The temperature was then decreased to 60 C, and 3 mL 30 wt % H2O2 was added to the reaction proct. The as-prepared GO was purified by repeated centrifugation and washing process according to the literature.

㈦ 石墨烯从哪里提取

石墨是由一层层蜂窝状有序排列的平面碳原子构成的晶体。当把石墨片通过物理或化学方法剥成单层之后，这种只有一个单原子层的石墨薄片称为单碳层石墨烯。

乐福之家地暖

综上所述，石墨烯材料良好的导电导热性能非常适合应用于新型采暖行业，让采暖过程更加舒适，便捷。

㈧ 什么是石墨烯氧化物滤膜它淡化海水的原理是什么

传统的太阳能蒸馏海水淡化主要是利用太阳光加热海水来蒸馏海水。蒸馏水非常纯净，可以起到淡化的作用。但这种直接蒸馏通常需要海水吸热。如果吸收装置与海水直接接触，吸收的热量会通过传热传递给大量的海水，太阳能会损失掉，所以能量利用效率不高。

石墨烯薄膜具有良好的光吸收性和导热性，可以有效利用太阳能蒸馏海水。最后，收集稀释的蒸馏水。

㈨ 石墨烯是怎么提炼的

石墨烯分为石墨烯粉体和石墨烯薄膜两大类。常见的石墨粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法。石墨烯薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。

1、机械剥离法

机械剥离法是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，得到石墨烯薄层材料的方法。这种方法操作简单，得到的石墨烯通常保持着完整的晶体结构

2、氧化还原法

氧化还原法是通过使用硫酸、硝酸等化学试剂及高猛酸钾、双氧水等氧化剂将天然石墨氧化，增大石墨层之间的间距，在石墨层与层之间插入氧化物，制得氧化石墨。然后将反应物进行水洗，并对洗净后的固体进行低温干燥，制得氧化石墨。通过物理剥离、高温膨胀等方法对氧化石墨粉体进行剥离，制得氧化石墨烯。

最后通过化学法将氧化石墨烯还原，得到石墨烯。这种方法操作简单，产量高，但是产品质量较低 。氧化还原法使用硫酸、硝酸等强酸，以及使用大量的水进行清洗，带大较大的环境污染。

3、SiC外延法

SiC外延法是通过在超高真空的高温环境下，使硅原子升华脱离材料，剩下的C原子通过自组形式重构，从而得到基于SiC衬底的石墨烯。这种方法可以获得高质量的石墨烯，但是这种方法对设备要求较高。

(9)氧化石墨烯过滤扩展阅读：

石墨烯的应用：

1、传感器

石墨烯可以做成化学传感器，这个过程主要是通过石墨烯的表面吸附性能来完成的，根据部分学者的研究可知，石墨烯化学探测器的灵敏度可以与单分子检测的极限相比拟。 石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感。

石墨烯是电化学生物传感器的理想材料，石墨烯制成的传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。

2、晶体管

石墨烯可以用来制作晶体管，由于石墨烯结构的高度稳定性，这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。相比之下，目前以硅为材料的晶体管在10纳米左右的尺度上就会失去稳定性；石墨烯中电子对外场的反应速度超快这一特点，又使得由它制成的晶体管可以达到极高的工作频率。

例如IBM公司在2010年2月就已宣布将石墨烯晶体管的工作频率提高到了100GHz，超过同等尺度的硅晶体管。

3、柔性显示屏

消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目，成为未来移动设备显示屏的发展趋势。柔性显示未来市场广阔，作为基础材料的石墨烯前景也被看好。韩国研究人员首次制造出了又多层石墨烯和玻璃纤维聚酯片基底组成的柔性透明显示屏。

韩国三星公司和成均馆大学的研究人员在一个63厘米宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上，制造出了一块电视机大小的纯石墨烯。他们表示，这是迄今为止“块头”最大的石墨烯块。随后，他们用该石墨烯块制造出了一块柔性触摸屏。研究人员表示，从理论上来讲，人们可以卷起智能手机，然后像铅笔一样将其别在而后。

㈩ 石墨烯自组装原理

1  管套管结构及静电自组装

2004年，中科院山西煤化所朱珍平教授等人‘删报道了在碳纳米管的管壁两侧的石墨烯纳米片层自组装，用来制备新型的管中管纳米结构。通过硝酸的插层剥离作用，石墨剥离形成纳米级的石墨烯，同时在这一过程中石墨烯边缘被引入羧基和羟基。在一个酸催化的脂化过程中，改性后的石墨烯在开口碳纳米管的内部和外部自组装，得到一种结构良好的管套管纳米结构的组装体。

2 薄膜材料及界面自组装

通过静电相互作用制各石墨烯薄膜材料是石墨烯自组装领域的研究重点。氧化石墨烯表面及边缘位带有大量的羧基，羟基官能团，在中性或者碱性环境下表面带负电，并在超声波作用下形成纳米级的分散体。利用溶剂蒸发，重力沉降，流体力学，界面富集等作用，可以实现氧化石墨烯自发、负压作用下有序排列，从而得到石墨烯薄膜材料。主要制备方法包括：两相界面法，模板法，过滤法。

2.1两相界面法

两相界面法是利用具有亲水(极性)或疏水(非极性)特性结构分子，在气液界面，液液界面在外加机械力，溶剂挥发，分子富集等作用下得到自组装体。Chen等报导了利用Langmuir-Blodgett技术，利用液相和气相界面，在界面张力作用下，两性物质结构形成紧密规则的分子排列，然后通过转移至固体模板，得到单层或多层薄膜。在水与氯仿的界面处，以界面能为驱动力，使得疏水的石墨烯平展紧密排列后转移到基体上可形成大面积单层薄膜，其电导率超过1000 S/cm，550 nm波长下透光率达到70％，可以作为液晶，太阳能板用ITO靶材。

2.2模板法

模板法是以有机分子或无机刚性材料为模板，通过氢键、离子键、范德华力等作用力，在溶剂辅助环境下使得模板剂对游离状态下的无机或者有机前躯体通过限制空间方式引导，从而形成具有纳米有序结构的薄膜或者体状材料。该方
法主要用于有序介孔炭的合成，也被用于富勒烯和碳纳米管有序阵列的制备。利用氨基功能化处理硅基板，在氧化石墨烯的悬浮液中，利用静电相互作用，在硅基板表面生长一层氧化石墨烯，再接枝氨基化碳纳米管，得到透光率极佳的石墨烯．碳纳米管杂化薄膜。

2.3过滤法

过滤法利用滤液排出的负压使得悬浮液中的纳米粒子或大分子空间减小，被微孔滤膜截沉积于滤膜表面，并在溶剂流动中定向排列得到有序纳米结构薄膜。此法曾被用于碳纳米管布基纸及蛭石无机薄膜的制备。通过氧化石墨锡胶状悬浮液进行阳极膜过滤，制备了堆叠式无支撑石墨烯纸。力学测试表明其具有良好的力学性能，拉伸模量高达42 GPa，并具有独特的自增强行为。过滤法通过流体作用将二维氧化石墨烯连锁瓦片式堆叠，可以得到一定厚度，良好力学性能的无支撑纸状材料，还可通过悬浮液原位或后续碳化处理调控薄膜导电率。

2.4协同组装

在Na0.44MnO4纳米线中引入氧化石墨烯，发现纳米线可以被石墨烯大分子改性，在气液界面发生富集及并定向排列，作者推测石墨烯大分子改变了纳米线的表面结构，在当时石墨烯浓度达到一定临界值时，原本杂乱排列的纳米线在Onsager理论下自组装为纳米线阵列。