Grafen su ıslahı ve karbon yakalanmasını hedef alıyor

Birbirinden bağımsız iki araştırma grubu grafen esaslı yarı geçirgen zarların boyut ve şekle göre gaz moleküllerini ayırabildiğini gösterdi. Zarlardan biri azot ve karbon dioksitten hidrojeni ayırırken (1), diğeri azottan karbon dioksidi ayırmaktadır (2) ve sera gazı emisyonları ile ilgilenen karbon yakalama süreçlerinde kullanılabilir.

Grafen, atom boyutunda kümes teline benzeyecek şekilde altıgenlerden oluşmuş karbon atomları içeren, grafitin atom kalınlığındaki halinden ibarettir. Bu malzeme 2004'te ilk kez üretilmiş ve 2010 Nobel Fizik ödülü'nü almıştır. Bilim adamları bu malzemenin eşsiz optik, elektronik ve mekanik özelliklere sahip olduğunu tespit etmiştir. Bilim adamlarının ilgilendiği başka bir özellik ise bu yapının gazlara karşı geçirgen olabilmesidir. Grafenin farklı gaz moleküllerine karşı geçirgen olması başarılabilirse, bir süzgeç olarak kullanılabilir ve bir atom kalınlığında olması nedeniyle molekülleri çok hızlı bir şekilde ayırabilir.

Ne yazık ki, saf ve hasar görmemiş grafen bütün gazlara karşı geçirmezliğe sahiptir, bunun sebebi atomlarının yoğun elektron bulutları ile çevrili olmasıdır. Grafenin üretilmesi güçtür ve örnekler her zaman hatalar içerir, bu hatalara örnek olarak delikler, eksikler, tanecikli yapılar verilebilir ve gazlar bu yapılar üzerinden – en azından teorik olarak – geçebilir. Grafen asitle muamele edilip grafen oksit yapılabilirse daha fazla hata oluşturulabilir; grafen oksitte bazı karbon-karbon bağları kırılarak oksijenli türevler oluşmaktadır.

Karbon süzgeci

Son zamanlarda, Güney Kore'deki Hanyang Üniversitesi'nde çalışan Ho Bum Park, arkadaşları ile birlikte grafen ve grafen oksit esaslı bir yarı geçirgen zarın azot gazından karbon dioksidi başarı ile ayırabildiğini gösterdi. Araştırmacılar, yarı geçirgen zarı hazırlamak için var olan gözenekli bir polimer zarı alıp grafen ve grafen oksidi çözeltisine batırıp çıkarma ya da grafen ile grafen oksit çözeltisinin döndürülen zar üzerine damlatılması yöntemlerini kullandı. Tam üretim yöntemi üzerinde oynayarak araştırmacılar birbirine gevşek veya sıkı olarak bağlanmış grafen ve grafen oksit tabakaları içeren bir yüzey elde etti.

Park ve arkadaşları, zarın birbirine iyi geçmiş ve ayrılacak gazların yüksek su içeriği olması halinde, zarın azotu geçirmeyip karbon diokside izin verdiğini tespit etti. Burada ayırmayı sağlayan unsur nem oldu ve Park'a göre zardaki küçük delikleri kapatan nem filmi karbon dioksidin çözünerek geçmesini sağlıyor ve suda çözünmediği için azota engel oluyor. Araştırmacılar bu zarın belli endüstriyel süreçlerde (örneğin kömür yakma gibi) karbon dioksidi ayırmak için kullanılabileceğini ve bu sayede sera gazı emisyonlarını düşürebileceğini söylüyor.

ABD'deki Güney Carolina Üniversitesi'nde çalışan Miao Yu, arkadaşları ile birlikte hidrojenden karbon dioksidi ve azottan hidrojeni ayırabilen grafen oksit esaslı bir zar üretti. Araştırmacılar, gözenekli bir destek maddesi üzerinden grafen oksit dağıtımı içeren bir ortamın vakumda süzülmesi ile hazırladkları ürünün su ıslahında uygulama alanı bulabileceğini düşünüyor.

ABD'deki Delaware Üniversitesi'nde çalışan Vladimiros Nikolakis, her iki gelişmeyi de ilginç buluyor. Nikolakis, şöyle diyor: “Özel bir ayırmada zarın yüzey alanı gereksinimlerini düşürmek amacıyla son derece ince ve çok seçici zarların kullanılması çok önemli. Bu iki çalışma grafen oksit veya grafen tabakaları ile bu amaca ulaşmanın mümkün olduğunu gösteriyor. Seçimlilik zarın hazırlanma biçimini veya muamele koşullarını değiştirerek oynanabiliyor, sonraki gelişmeler de çok olası”.

ABD'deki Missouri System Üniversitesi'nden Henry Foley, grafen esaslı zarların gaz ayırmada kullanılması “bir bakıma kutsal kâse gibi birşey” olduğunu söylüyor. Yarı geçirgen zarların yalnızca birkaç atom kalınlığında olması şu andaki ayırma sorunlarının (örneğin akışa karşı direncin) çözülmesine yardımcı olabileceğini söyleyen Foley, sözlerini şöyle tamamlıyor: “Bu yarı geçirgen zarların yeni teknoloji veya yeni bilimdeki yerini ancak zaman tayin edecek, ancak bu sonuçlar son derece heyecan verici”.

Kaynaklar

H Li et alScience, 2013, 342, 95 (DOI: 10.1126/science.1236686)

H W Kim et alScience, 2013, 342, 91 (DOI: 10.1126/science.1236098)

3 http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/10/graphene-filter-targets-water-treatment-carbon-capture

Kategoriler

+ Yorum bulunmuyor

Yorum yap