Aplicación de la tecnología de membrana cerámica en la separación y purificación de grafeno

El grafeno es un cristal bidimensional compuesto de átomos de carbono con un espesor de una sola capa.

Como un nuevo tipo de nanomaterial con la conductividad eléctrica y térmica más delgada, más resistente y más fuerte encontrada hasta ahora, el grafeno tiene propiedades físicas y químicas sobresalientes, como estructura estable, alta conductividad eléctrica, alta tenacidad y resistencia, y se llama "oro negro". Es el "rey de los nuevos materiales" y se ha utilizado en muchos campos como la electrónica, el almacenamiento de energía, los materiales compuestos y la industria aeroespacial.

La nueva energía es actualmente el campo más utilizado de grafeno, entre los cuales la aplicación de grafeno en baterías de litio ha atraído mucha atención. China concede gran importancia al desarrollo de la industria del grafeno, y ha emitido una serie de políticas relacionadas para el diseño sistemático, el grafeno listado en 165 proyectos importantes del "13 ° Plan Quinquenal".

El mercado global de grafeno se puede dividir en dos categorías principales: óxido de grafeno (GO), nanosheets de grafeno (GNP) y otros. Entre ellos, el óxido de grafeno tiene la mayor participación en el mercado global, superando el 60%.
El óxido de grafeno se obtiene generalmente por oxidación de grafito con ácido fuerte.

Después de la reacción de oxidación del permanganato de potasio en ácido sulfúrico concentrado con polvo de grafito, se obtienen escamas de grafito marrón con grupos de ácido carboxílico derivatizados en los bordes y principalmente grupos hidroxilo fenólicos y grupos epoxi en el plano. Esta capa de escamas de grafito puede ser ultrasónica o una agitación vigorosa de alto cizallamiento se exfolia en óxido de grafeno, y se forma en agua una suspensión estable de óxido de grafeno de una sola capa de color marrón-amarillo claro.
El óxido de grafeno debe separarse y lavarse para eliminar el ácido sulfúrico y los iones de impurezas en la suspensión antes de que se pueda procesar el producto final.

Sin embargo, el óxido de grafeno es partículas ultrafinas de tamaño nanométrico, el proceso de filtración tradicional no puede lograr una mejor separación sólido-líquido. La tasa de pérdida de producto y el consumo de agua del proceso de lavado siguen siendo altos, lo que resulta en una mala continuidad y estabilidad de la producción de óxido de grafeno.

La membrana de cerámica tiene las características de la alta precisión de la separación, de la alta estabilidad química, de la contaminación anti y de la larga vida, que es especialmente conveniente para la separación de sólido-líquido de partículas ultrafinas en ambiente químico duro.

El uso de membranas cerámicas para lavar continuamente la suspensión de óxido de grafeno puede lavar rápidamente la suspensión que contiene ácido de óxido de grafeno hasta la neutralidad, la tasa de eliminación de sal puede alcanzar el 99,99% y no hay pérdida de productos de óxido de grafeno. Además, el sistema de membrana de cerámica se puede diseñar aún más como un proceso de lavado continuo de múltiples etapas, y se puede realizar un funcionamiento completamente automático.

El proceso de lavado de la membrana cerámica de óxido de grafeno tiene las ventajas de una alta retención del producto, buen efecto de lavado, bajo consumo de agua y alto nivel de automatización. Se ha aplicado en una empresa líder en la industria y ha logrado excelentes resultados.