نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

ساخت آئروژل گرافن به روش قالب یخی در فشار محیط و بررسی ویژگی های آن

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
منصور فربد
محدثه مددی جابری
مرتضی زرگرشوشتری
سیده سعادت شجاعی نژاد
استاد فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
چکیده
آئروژل‌های گرافن، ساختار سه بعدی گرافن فوق سبک با چگالی در بازه mg/cm3 10 با ویژگی‌های الکتریکی یگانه و قابلیت فشرده سازی بالا هستند. برای تولید آن‌ها، نخست هیدروژل گرافن ساخته می‌شود و سپس مایع درون هیدروژل با هوا جایگزین می‌شود به‌طوری که حجم و ساختار ژل دچار تغییر نشود. در این پژوهش، آئروژل گرافن به روش خشک کردن در فشار محیط بدون نیاز به وسایل خلاسازی با چگالی mg/cm3  6/10 تهیه شد و مرحله‌های گوناگون تهیه، بهینه شد. دیده شد که برای تهیۀ آئروژل گرافن با تخلخل بیش‌تر و چگالی کم‌تر، مناسب است تا غلظت اولیه گرافن اکسید mg/mL 4، زمان ژل شدن 7 ساعت و زمان انجام قالب یخی 48 ساعت انتخاب شود. هم‌چنین دیده شد که آئروژل­ های تهیه شده با چگالی کم‌تر دارای ویژگی فشرده ­سازی بیش­تری هستند. با افزایش تنش اعمالی بر نمونه­ ها، میزان رسانش الکتریکی آن­ها افزایش و مقاومت الکتریکی آن­ها کاهش می­ یافت. هم‌چنین رسانش گرمایی آن­ها W/m.K 029/0 اندازه­ گیری شد که در حد یک عایق گرمایی خوب است. میزان جذب گازوئیل، نفت، روغن خوراکی و اتانول توسط آئروژل گرافن به ترتیب 5/88، 6/59، 6/42 و g/g 2/55 اندازه ­گیری شد. در مورد جذب متیلن­ بلو دیده شد که بیش‌ترین جذب در 15 دقیقۀ اول رخ می­ دهد و می ­توان از آئروژل گرافن به عنوان جاذب متیلن­ بلو و رنگ ­هایی با ساختار همانند از آب و پساب­ های صنعتی استفاده کرد.
کلیدواژه‌ها
آئروژل گرافن
خشک کردن قالب یخی
ظرفیت جذب
رسانش الکتریکی
رسانش گرمایی

موضوعات

[1] Aegerter M.A., Leventis N., Koebel M.M., “Aerogels handbook”, Springer Science & Business Media (2011).
[2] بختیاری دوست ا.، احتشامی ع.ا.، رخشان ق.، کرمی ا.، ساخت سیلیکاژل دانسیته پایین با استفاده از مایع‌های فوق بحرانی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)32: 1 تا 16 (1392).
[3] Sun H., Xu Z., Gao C., Multifunctional, Ultra‐Flyweight, Synergistically Assembled Carbon Aerogels, Adv. Mat., 25: 2554-2560 (2013).
[4] Pierre A.C., Pajonk G.M., Chemistry of Aerogels and their Applications, Chem. Rev., 102: 4243-4266 (2002).
[5] Tajiki A., Abdouss M., Synthesis and Characterization of Graphene Oxide Nano-Sheets for Effective Removal of Copper Phthalocyanine from Aqueous Media. Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 36(4): 1-9 (2017).
[6] Bryning M.B., Milkie D.E, Islam M.F., Hough L.A., Kikkawa J.M., Yodh A.G., Carbon Nanotube Aerogels, Adv. Mater., 19: 661-664 (2007).
[7] Worsley M.A., Pauzauskie P.J., Kucheyev S.O., Zaug J.M., Hamza A.V., Satcher J.H., Baumann T.F., Properties of Single-Walled Carbon Nanotube-based Aerogels as a Function of Nanotube Loading, Acta Mater., 57: 5131-5136 (2009).
[8] Job N., Thery A., Pirard R., Marien J., Kocon L., Rouzaud J.N., Beguin F.,  Pirard J.P., Carbon Aerogels,Cryogels and Xerogels: Influence of the Drying Method on the Textural Properties of Porous Carbon Materials, Carbon., 43: 2481-2494 (2005).
[9] Huang X., Zeng Z., Fan Z., Li J., Zhang H., Ambient Pressure Dried Graphene Aerogels with Superelasticity and Multifunctionality, Adv. Mater., 24: 5979-6604 (2012).
[10] Deville S., Ice-Templating, Freeze Casting: Beyond Materials Processing, J Mater Res., 28: 2202-2219 (2013).
[11] Liu Y., Qian W., Zhang Q., Cao A., Li Z., Zhou W., Ma Y., Wei F., Hierarchical Agglomerates of Carbon Nanotubes as High-Pressure Cushions, Nano let., 8: 1323-1327 (2008).
[12] Wang C., Yang S., Ma Q., Jia X., Ma P.-C., Preparation of Carbon Nanotubes/Graphene Hybrid Aerogel and its Application for the Adsorption of Organic Compounds, Carbon, 118: 765-771 (2017).
[13] Sui Z., Zhang X., Lei Y., Luo Y., Easy and Green Synthesis of Reduced Graphite Oxide-Based Hydrogels, Carbon, 49(13): 4314-4321 (2011).
[14] Lv P., Tan X.-W., Yu K.-H., Zheng R.-L., Zheng J.-J., Wei W., Super-Elastic Graphene/Carbon Nanotube Aerogel: A Novel Thermal Interface Material with Highly Thermal Transport Properties, Carbon, 99: 222-228 (2016).
[15] Cheng Y., Zhou S., Hu P., Zhao G., Li Y., Zhang X. Han W., Enhanced Mechanical, Thermal, and Electric Properties of Graphene Aerogels via Supercritical Ethanol Drying and High-Temperature Thermal Reduction, Scientific Reports, 7: 1439-1450 (2017).
[16] Zhao D., Yu L., Liu D., Ultralight Graphene/Carbon Nanotubes Aerogels with Compressibility and Oil Absorption Properties, Materials, 11: 641-642 (2018).
[17] Hu H., Zhao Z., Gogotsi Y., Qiu J., Compressible Carbon Nanotube–Graphene Hybrid Aerogels with Superhydrophobicity and Superoleophilicity for Oil Sorption. Environ, Sci. Technol. Lett., 1: 214-220 (2014).