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节能环保新材料石墨烯

关键词 节能环保 , 石墨烯 , 新材料|2015-08-19 11:13:55|涂附新闻|来源 圣泉酚醛树脂
摘要 节能环保产业是指提高能源资源集约高效利用,循环利用和生态环境保护水平,促进低碳绿色,节能环保发展而提供技术装备,产品和服务的产业,主要包括节能产业,环保产业和资源循环利用产业。发展...
       节能环保产业是指提高能源资源集约高效利用,循环利用和生态环境保护水平,促进低碳绿色,节能环保发展而提供技术装备,产品和服务的产业,主要包括节能产业,环保产业和资源循环利用产业。发展节能环保产业不仅顺应全球技术革命和新兴产业发展大势,同时对推进资源节约型,环境友好型社会建设,加快经济转型升级和结构优化,增强自主创新能力,提升生态文明建设水平,提高国际竞争力,促进经济持续健康发展都具有重大意义和作用。为此,我国做出了加快培育和发展战略性新兴产业战略政策,制定公布了相应的发展 计划。在七大战略新兴产业中,节能环保产业位居首位,可见国家对发展节能环保产业的重视程度。从国际来看,主要发达国家吧把“低碳绿色”发展理念贯穿于经济转型升级全过程。
       节能环保产业的发展依赖于环保新材料的发现。其中一种正是当下掀起研究热潮的石墨烯。石墨烯自2004年被英国科学家发现以来,其最佳的力学性能、传热性能、导电性能和吸附性能引起全世界科学家的高度关注,它被誉为改变世界的材料,今年被欧盟列为十大旗舰技术。石墨烯有万能材料的美誉,广泛应用于各种领域,如电子器件,柔性触摸屏,智能穿戴等,在节能环保领域,一系列神奇的发现使它表现出极其诱人的应用前景。目前石墨烯在环保领域的主要应用产品为石墨烯及石墨烯复合气凝胶,石墨烯海绵等。
       石墨烯气凝胶材料是一种理想的吸附材料,由于石墨烯具有非常大的比表面积,在对染料及重金属离子的吸附方面具有吸附容量大,吸附迅速,易于回收和二次使用等特点,所以可以被用作新型吸附材料。而还原氧化石墨烯又有较好的电导及较高的比表面积,用作电容去离子技术(CDI)中的复合薄膜电极材料,所制得的CDI器件具有脱盐率高、能耗低的特点,可广泛应用于节能环保的纯水制备、工业废水处理或海水淡化领域。此外,最新的研究成果表明氧化石墨烯薄膜具有快速筛选离子的能力,使其在海水淡化与净化领域具有广阔的应用前景。
       石墨烯海绵是利用石墨烯的自组装技术可控地制备出了一种具有三维网络状多孔结构的大尺寸石墨烯宏观体。石墨烯海绵具有疏水亲油性好、吸附速度快、饱和吸附量大、对可吸附有机溶剂的选择范围较大、可重复利用等特点。石墨烯海绵对有机溶剂的饱和吸附量随有机溶剂密度的增大而增大,对密度为0.788~1.595g/cm3的有机溶剂的饱和吸附量可以达到226~567g/g。吸附之后可以通过燃烧脱附的方法脱除吸附的有机溶剂并且石墨烯海绵本身的结构不会受到破坏,从而可以对石墨烯海绵进行重复利用。燃烧脱附循环使用5次之后石墨烯海绵对汽油的饱和吸附量仍大于80g/g,脱附效率仍然在96%以上。由此可见石墨烯海绵在污水处理领域具有十分广阔的实际应用前景。
       高超等通过冷冻干燥法制备了石墨烯气凝胶,气凝胶的密度可很容易地进行调节,最低可达到0.16mg/cm3,该材料具有无温度依赖的超弹性,当压缩80%后仍可弹回,对有机溶剂具有超快、超高吸附力,依据不同的溶剂密度可达到215-913 倍,为已报道的最高吸油力,且可循环使用。
       祁振等通过氧化还原法制备出石墨烯,对石墨烯样品进行动态和静态吸附试验,结果表明石墨烯对亚甲基蓝和四环素有较高的吸附能力,可以被用来制作吸附剂。
       吴恒安等研究发现,水环境中的氧化石墨烯薄膜与水相互作用后,会形成约0.9nm宽的毛细通道,允许直径更小的离子或分子快速通过,而直径大于0.9nm的离子被完全阻隔。也就是说,氧化石墨烯薄膜具有“快速精密筛选离子”的性能。
       北京碳世纪科技有限公司日前正式发布由该公司研发生产的石墨烯发动机油节能改进剂—“碳威”。据介绍,该产品可以应用到汽车、轮船、工程以及各类机械设备中,根据实测,可以提升车辆动力性能,汽车节油量最多可达10%。碳世纪公司表示,其节油原理在于石墨烯具有超强的抗磨损性,能在汽车发动机摩擦副表面形成一层碳原子层保护膜,并且会产生很多碳纳米球,有助于大幅降低摩擦系数。该产品的面世意味着石墨烯开始突破宏量制备技术。
       石墨烯具有高导热性,材料的导热系数高达5300 W/m·K,这一特性在热工装备及余热利用中具有广泛的应用前景。应用最新的石墨烯材料,结合现有的工艺和设备,提出提升的技术方案和改进或新建设备,实现能耗的大幅下降,帮助传统产业满足越来越严格的环保法规,获得生存空间。
       最近英国曼彻斯特大学的国家级石墨烯研究所研制出了全新的石墨烯灯泡,拥有比LED灯泡更坚固的结构和更低廉的价格。在不少国家,由于LED灯泡的环保节能及使用寿命长的特性,已经有法律规定来确保LED灯泡迅速取代传统白炽灯泡。而就在白炽灯被LED灯泡逐步取代的时候,这种新型石墨烯灯泡即将为照明技术带来又一次革新,有望于今年面市并开始销售。这种新型石墨烯灯泡仍基于LED技术研发,通过神奇的石墨烯分子大大增强其性能和使用寿命,而且在价格上有希望比传统LED灯泡更便宜。这种创新技术的石墨烯灯泡为可调光灯泡,灯泡内有灯丝形状的LED灯,且LED灯外层会涂上石墨烯,石墨烯的导电能力强,可因此让灯泡使用时间拉长,并减少10%的能源消耗。
       据美国麻省理工学院的研究表明,发电站的冷凝器被涂上石墨烯后能提高节能效率。按照美国电力科学研究院提供的数据计算,如果整个电厂使用这种冷凝器,效率可以提高2%到3%。蒸汽发电的基本要素之一是冷凝水传热。在蒸汽动力发电厂,水被加热产生蒸汽推动涡轮转动,转动的涡轮产生电能。在此过程中,蒸汽被凝结回水,循环再次开始。麻省理工学院的研究小组仔细考察这些冷凝器,发现其表面加上石墨烯涂层后,热传导率大幅度提高,这意味着每个电厂每年能够节省数百万美元成本。
       推动新材料、新能源的研发和应用。支持节能环保新材料、清洁、可再生新能源的研发和推广应用,提高技术研发和资源利用水平,不断降低使用成本,是发展循环经济,建设资源集约型和环境友好型社会,实现可持续发展的必要条件。石墨烯作为一种新兴的高科技环保材料,拥有众多优异的性质,定会成为节能环保领域一颗冉冉升起的新星。 
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