East China University of Science and TechnologyとLoughborough Universityの研究グループが、グラフェンマイクロスフィアの大量生成方法を開発しました。
この研究成果は、ACS Omegaに掲載されています。
この記事は下記論文の紹介記事です。
論文：
Li, Dawei, et al. "Rapid Synthesis of Porous Graphene Microspheres through a Three-Dimensionally Printed Inkjet Nozzle for Selective Pollutant Removal from Water." ACS Omega (2019).
淡水資源の不足は地球規模の環境問題です。産業の発展と人間の活動によって引き起こされる水質汚染は、淡水資源をひどく消費しています。水中の汚染物質は、環境と生態系に大きな脅威をもたらします。
染料、抗生物質、農薬などの有機汚染物質、およびCu 2+、Pb 2+、Hg 2+、Cr 6+などの重金属イオンは、最も深刻な汚染物質と見なされます。
このような課題に対し、物理的吸着による重金属イオンの除去は、有害な汚染物質を除去するための有望な方法と見なされています。そして、グラフェンとその誘導体は、その大きな比表面積と優れた吸着性能により、水処理アプリケーションで集中的な研究関心を集めています。
このような背景から、同研究グループは、非常に多孔質の微細構造を備えた3D超軽量グラフェンエアロゾルミクロスフェアを従来手法に比べ桁違いに高い生産性で新たに合成する方法を開発しました。
微小球のより高い収率を達成するために、従来の液液プロセスではなく、気液せん断流を適用しました。
液体せん断相が空気に置き換わっているため、分散相の流速が高く、連続相の流速を高くすることが容易に実現できます。マイクロ流体チャネルが埋め込まれた3Dノズルは、空気液体ベースの高速製造プロセスを実現するために、3Dプリントで設計および製造されました。
成形ミクロスフェアの収量は、従来の液液法の2μLmin –1（約3 mL d –1）と比較して、800μLmin –1（約1.1 L d –1）に達しました。微小球の直径は、空気とゲルの流量を調整することで簡単に操作できました。
3Dグラフェンミクロスフェアの多孔質構造は、硬化剤としてアルギン酸ナトリウム（SA）を使用して形成および制御しました。
今回の研究は、制御された微細構造と表面特性を持つ大規模なグラフェン機能材料の大量生産のための新しいソリューションを提供し、環境修復や選択的分離などのアプリケーションで優れた性能を示していると思われます。
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