من الكربون المنشط التقليدي وقدرة الامتصاص الفائقة للجرافيت الموسع إلى تطبيق المواد القائمة على الجرافين في مكافحة التلوث البيئي، لعب الكربون والجرافيت دائمًا دورًا مهمًا في مجال حماية البيئة.
ملخص استخدام الكربون المنشط:
أ.تأثير تنقية المياه بالكربون المنشط: يمكن للكربون المنشط إزالة الكلور المتبقي والغروانية والمواد العضوية والمعادن الثقيلة (مثل الزئبق والفضة والكادميوم والكروم والرصاص والنيكل وما إلى ذلك)، والمواد المشعة وما إلى ذلك في الماء.إنه الأقدم والأكثر استخدامًا على نطاق واسع في أجهزة تنقية المياه.مجموعة واسعة من المواد العملية لتنقية المياه.يشكل الكربون المنشط عددًا كبيرًا من المسام الدقيقة ذات الأشكال المختلفة أثناء عملية التنشيط، مما له تأثير امتصاص قوي.
ب.معالجة مياه الصرف الصحي: تُستخدم صناعة حماية البيئة في معالجة مياه الصرف الصحي وغاز النفايات ومعالجة الغازات الضارة وتنقية الغاز.إن ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين المنبعثة أثناء عملية احتراق الفحم في بلدي هي ملوثات الهواء الرئيسية، وإزالة الكبريت ونزع النتروجين من مواد الكربون المنشط المعدلة. تأثير المعالجة جيد، وتكلفة تشغيل الاستثمار منخفضة، والمزايا مثل سهولة إعادة التدوير لها جذبت انتباه الناس.
ج.الامتزاز المنزلي: يعد امتصاص الكربون المنشط الطريقة الأكثر استخدامًا والأكثر نضجًا والأكثر أمانًا والأكثر موثوقية لإزالة التلوث الداخلي، ويمتص معظم أنواع المواد.باعتباره مادة ماصة فيزيائية وكيميائية ممتازة، فقد اجتذب الكربون المنشط المزيد والمزيد من الاهتمام.يمكن لحزمة الكربون المنشط عالية الكفاءة والصديقة للبيئة أن تمتص جميع جزيئات الغازات الداخلية الضارة مثل الفورمالديهايد والأمونيا والبنزين والزيلين والرادون في الهواء، وتزيل روائح الديكور بسرعة.

يتمتع الجرافيت الموسع بإمكانات تطبيقية كبيرة في معالجة التلوث النفطي الناتج عن حوادث تسرب النفط البحري.
في التسعينيات، اختبر العلماء الإسرائيليون وأكدوا: أن الجرافيت المتمدد الشبيه بالديدان لديه القدرة على امتصاص المنتجات البترولية من الماء، ويمكن تصنيعه في أشكال مختلفة.لا يمتص الماء، وبعد امتصاص كمية كبيرة من الزيت يشكل كتلاً ويطفو على سطح الماء.، لا تغرق، سهلة التجميع.
أثبتت جامعة تسينغهوا أيضًا في نفس الوقت أن رقائق الجرافيت الطبيعية (حجم الجسيمات 0.3 مم، محتوى الكربون 99٪) تم استخدامها لامتصاص وامتصاص الزيت مع الجرافيت الموسع بمساحة سطحية محددة تبلغ 69.81 م 2 / جم بعد الإقحام الكهروكيميائي.الجرافيت الممدد من بين المواد الثلاث القطن والكربون المنشط، يتمتع الجرافيت الممدد بأكبر قدرة امتزاز بين مختلف أنواع الزيوت، ومن بينها قدرة امتزاز الزيت الأثقل تصل إلى 79.2 جم/جم، وتصل قدرة امتزاز البنزين إلى 37.7 جم/جم. ز
في عام 2008، وفقًا لتجربة طريقة معالجة تجديد الجرافيت الموسعة التي أجرتها جامعة خبي، تم التوصل إلى أنه يمكن تجديد الجرافيت الموسع المشبع بزيت نقل الحرارة عن طريق الترشيح الفراغي أو الاحتراق، وتبلغ كفاءة إزالة الزيت في الطريقتين 68.6٪ و98% على التوالي.، كفاءة التجديد لطريقة الترشيح الفراغي وطريقة الاحتراق في 5 امتزازات متتالية تقترب من 50٪.تعتبر طريقة الترشيح الفراغي طريقة تجديد اقتصادية وآمنة وفعالة يمكنها استعادة الزيت المفقود بسبب التسرب.
بحث عن تطبيق الجرافين في معالجة المياه
أ.استخدام الجرافين لمعالجة العناصر المعدنية الثقيلة في مياه الصرف الصحي.تعتبر أيونات المعادن الثقيلة نقطة صعبة في معالجة مياه الصرف الصحي وإعادة تدويرها.يمكن للمساحة السطحية الكبيرة المحددة لمواد الجرافين أن تزيد من مساحة تلامسها مع الماء ويمكن أن تمتص أيونات المعادن الثقيلة في مياه الصرف الصحي.تعديل وتعديل الجرافين يمكن أن يحسن المحبة للماء، ويدرك تفاعل التعقيد لأيونات المعادن الثقيلة، ويحسن كفاءة الامتزاز.سيؤثر الرقم الهيدروجيني على قدرة امتصاص الجرافين للأيونات المعدنية، وستؤدي زيادة قيمة الرقم الهيدروجيني إلى تعزيز أداء الامتزاز لـ Pb2+ وCd2+، وهو أفضل من مواد الامتصاص التقليدية الأخرى.
ب.استخدام الجرافين لمعالجة المواد العضوية في مياه الصرف الصحي.إن وجود الكثير من المواد العضوية في الماء سوف يقلل من محتوى الأكسجين في الماء، مما يؤدي إلى تدهور نوعية المياه وتلوث المياه.يمكن للجرافين تحقيق امتصاص المواد العضوية مثل الأصباغ العضوية والمضادات الحيوية والزيت.
بداية، تعتبر صناعة النسيج أهم مصدر للملوثات العضوية في الماء.ستنتج عمليات الصباغة والتشطيب كمية كبيرة من مياه الصرف الصحي الغنية بالأصباغ العضوية، وسيؤدي تصريفها العشوائي إلى إلحاق أضرار جسيمة بالمسطحات المائية والأجسام البشرية.أكسيد الجرافين ثلاثي الأبعاد المذكور في الأدبيات، يمكن للخصائص السالبة الكهربية لمجموعاته المحتوية على الأكسجين أن تمتص الأيونات الموجبة في الأصباغ وتعزز امتصاص الجرافين للأصباغ العضوية.يمكن للجرافين كحامل عالي الأداء مع المحفز الضوئي TiO2 تحسين أداء التحفيز الضوئي وتحلل المواد العضوية في الماء بكفاءة.
ثانيًا، تعد المذيبات العضوية مثل الزيت أيضًا مصدرًا مهمًا لتلوث المياه وتلوث التربة.يتمتع الجرافين نفسه بحب قوي للدهون، إلى جانب قدرته العالية على الامتصاص وكفاءة الامتزاز العالية، فهو يفضي إلى امتصاص المذيبات العضوية مثل الزيت في مياه الصرف الصحي.يمكن أن يزيد ايروجيل الجرافين وإسفنجة الجرافين وما إلى ذلك من قدرة الامتصاص ويزيد من سرعة الامتزاز، ويمكن استخدامه في المعالجة الطارئة لتلوث المياه الناجم عن تسرب النفط الخام.
وأخيرا، تشكل المضادات الحيوية خطرا بيئيا محتملا، وهو ما لن يؤدي فقط إلى خلل في توازن التجمعات الميكروبية في البيئة الطبيعية، بل يؤدي أيضا بسهولة إلى مقاومة الأدوية في جسم الإنسان.في الوقت الحاضر، يتم استخدام طريقة الامتزاز والطريقة البيولوجية وطريقة الأكسدة المتقدمة بشكل أساسي للتعامل مع المضادات الحيوية.من بينها، كل من الطريقة البيولوجية وطريقة الأكسدة المتقدمة لهما عيوب معينة في التطبيق، والآثار الجانبية لطريقة الامتزاز صغيرة نسبيًا.من خلال تعديل الجرافين، يمكن تحسين سرعة الامتزاز وقدرة امتصاص الجرافين للمضادات الحيوية، وسيتم تعزيزها مع زيادة درجة الحرارة، لكن تركيز الأيونات الأعلى سيؤثر على تحسين قدرته على الامتزاز [4].لذلك، من الضروري اختيار درجة الحرارة والتركيز المناسبين عند امتصاص المضادات الحيوية.
ج.تطبيقات الجرافين في هندسة تحلية مياه البحر.أثناء التعامل مع نقص المياه من حيث جودة المياه، تعد زيادة الموارد المائية أيضًا وسيلة مهمة لحل النقص في الموارد المائية.واستنادًا إلى خصائص الحاجز الممتازة للجرافين، فإن استخدام الجرافين يمكن أن يحسن بشكل فعال مقاومة أيونات الملح في مياه البحر.الحاجز، وذلك لتحقيق الغرض من تحلية مياه البحر.أظهرت التجارب أن أفلام أكسيد الجرافين يمكنها تحقيق هذه الوظيفة.ومن خلال التحكم الفعال في تباعد طبقة غشاء الجرافين، يمكن تحقيق فحص دقيق للمياه النقية وأيونات الملح، ويمكن تحسين كفاءة تحلية مياه البحر.علاوة على ذلك، فإن غشاء تحلية المياه من الجرافين متين ومنخفض التكلفة.وبالإضافة إلى ذلك، فإن البحث والتطوير لمحولات الطاقة الشمسية المستقلة يمكن أن يحسن بشكل كبير وظيفة تحلية مياه البحر، ومن المرجح جدًا أن تحقق هذه التكنولوجيا تطبيقًا صناعيًا في المستقبل القريب.بالإضافة إلى ذلك، بالإضافة إلى تحلية مياه البحر، يتم استخدام مواد الجرافين أيضًا لتنقية مياه الشرب، وتقليل استبدال عناصر التصفية لمعدات تنقية المياه، وتوفير تكاليف تنقية المياه.
تطبيق الجرافين في هندسة مكافحة تلوث الهواء
يتطلب العلاج العلمي والفعال لتلوث الهواء الابتكار التكنولوجي ذي الصلة والبحث والتطوير في المواد الجديدة.ونظرًا لمزاياها الفريدة، تلعب مواد الجرافين أيضًا دورًا مهمًا في مجال معالجة الهواء.
أ.يتمتع الجرافين، باعتباره مادة خاصة من الكربون المنشط، بمساحة سطحية كبيرة وأداء امتصاص ممتاز، وهو المادة المفضلة للتحكم في تلوث الهواء.يحدث تلوث الهواء بشكل رئيسي بسبب الغبار والغازات الضارة.إن خصائص الامتصاص الممتازة للجرافين تمكنه من امتصاص الغبار الموجود في الهواء وتقليل تركيز الجسيمات في الهواء.وفي الوقت نفسه، يمكن إزالة الغازات الضارة المختلفة التي يمثلها الفورمالديهايد.قناع الجرافين الذي تم تطويره باستخدام خصائص الجرافين المضادة للبكتيريا يمكن أن يحمي الجهاز التنفسي.يمكن للجرافين المعدل أيضًا تحويل الغازات الضارة وتحسين البيئة الجوية.
ب.يتمتع الجرافين بإمكانيات تطبيقية كبيرة في الكشف عن تلوث الهواء ومعالجته.نظرًا لأن الجرافين يحتوي على نطاق ترددي طيفي واسع للغاية، فإن الكاشف الضوئي الخاص به لديه نطاق كشف طيفي واسع، والذي يمكنه اكتشاف ذروة امتصاص الرنين القوية لجزيئات الغاز في منطقة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، وتحويل تركيزات الغاز النزرة إلى إشارات كهربائية، والكشف عن حالة التلوث.يمكن للمواد المركبة من ثاني أكسيد التيتانيوم المشبعة بالجرافين أن تحلل الملوثات تحت إشعاع الضوء فوق البنفسجي، لذلك يمكن استخدامها للتحكم في تلوث الهواء.