等离子体技术如何提升碳基纳米材料的环保应用

碳纳米管和石墨烯这些碳基纳米材料在环保领域用处特别大。碳纳米管1991年就被发现了,一直很受关注。石墨烯虽然出现得晚,但最近几年研究得也很火热。不过做这些材料的时候经常会用到Ni-Fe,所以用之前得先去掉表面的杂质,这样吸附效果才好。

用等离子体处理这些碳材料效果很不错,但具体效果要看用的等离子体能量大小和气氛种类。按能量分,可以清除表面基团,也能改变材料结构;按气氛分,既能还原表面,也能接上新基团。

清除表面基团这招很管用。等离子体里的离子会像布朗运动那样靠近材料表面,跟基团反应生成新物质,或者直接把基团从材料上打下来。一般用的等离子体能量要刚好比基团结合能高,但比碳原子间的结合能低,气氛要选还原性强的气体。

比如用N2等离子体处理多壁碳纳米管,能有效去掉表面的-OH这些含氧基团,让管子更容易吸附丙烯酰胺这些物质。

要是想给材料接上新功能,就得换气氛。用惰性气体的话,清完表面它们自己就跑了;要是换成O2或者NH3这些活泼气体,就能在材料表面接上各种有用的基团,改变材料特性。

做石墨烯的时候提高等离子体功率特别有用。功率大了,等离子体能量就高,化学反应更猛。这不仅能靠高温提供能量,离子本身还能帮忙打断化学键。

经过等离子体处理的碳材料简直如虎添翼。本来吸附性和导电性就很强,现在应用范围更广了,特别是在污水处理和新能源电池这两个领域。

处理污水特别拿手。碳材料本来就能吸附有毒气体,但因为不溶于水,处理废水不太行。等离子体处理能让它们溶于水,还能接上特定基团专门吸附某些污染物,这对回收稀有资源特别有帮助。

吸附有机污染物也是一把好手。处理过的碳材料吸附废水里的有机物效果杠杠的。

其他领域也用得上。除了吸附能力强,经过处理的碳材料机械强度、导电性、磁性都提升明显。用这种高性能材料做电子元件,对环境监测和新能源开发都有重大意义。

等离子体技术做碳材料操作简单、处理充分,特别受研究人员欢迎。做出来的纳米材料吸附能力超强,在污水处理方面研究得最多。

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