怎麼從玉米芯中提取石墨烯?

七分冷漠——諾越

農民收穫了玉米後,將玉米脫粒就剩下玉米芯了,玉米芯在農村是燒鍋、燒炕的好柴火,如果農民知道玉米芯能提取出比黃金還貴數倍的石墨烯來,不知道作何感想。

石墨烯有優異的物理性能,其有超高的物理強度和良好的導電性能,是一種極具未來性的碳材料。不同於金剛石、石墨的三維碳材料,石墨烯是二維結構的碳材料,形象地說石墨烯就是一層層薄片。從工藝上簡單地說有兩種,一種是從小分子碳源基礎上“長出”單層石墨烯,另一種是從三維的碳基材料中逐漸的剝離出二維的石墨烯結構。

而玉米芯是一種碳源的生物質材料,人們從玉米芯中提取出糠醛等物質後剩餘了纖維素,再以這些纖維素為初始材料,進而“剝離”出石墨烯結構。我們說的簡單,但科學家們做起來是相當困難的,也就能明白石墨烯為什麼比黃金還貴了吧。

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大鄉

我們先來說一下,石墨烯是什麼物質。石墨烯是一種比鋼材硬200倍的材料,它的導電效果非常好,而厚度只有一根頭髮的十萬分之一。就我們日常生活而言,石墨烯經常用在提高手機充電效率等技術上,在科技進步和商業化應用上有著很重要的作用。而非常神奇的事情是,這樣難得的高科技材料,竟然是從玉米芯和秸稈等提取出來的。

一般來說,生產石墨烯材料的方式有三種:一是氧化石墨還原法,二是對石墨進行剝離,三是對甲烷、天然氣等進行化學氣相沉積。但是,這幾種方法生存週期都很長,而且會對環境產生汙染。

由於玉米芯和秸稈中碳含量比較豐富,所以科學家們就研究出,將玉米芯中的纖維素進行化學重組合成生物質石墨烯材料的辦法。2014年,世界上首條年產20噸的生物質石墨烯材料宏量製備生產線成立,通過“基團配位組裝析碳法”,實現石墨烯材料的宏量製備,將石墨烯材料應用於多種纖維複合,併成功實現均勻分散,實現了石墨烯材料的成果轉化和石墨烯纖維製品的商業化。

每年,我國有1億噸玉米芯產量,主要集中在河北、山東和東北三省等,用這1億噸生產出來的100噸石墨烯材料,用於產品線能帶來三億到五億的產值。這樣的生產方式不僅環保高效,還能促進經濟發展,也是農業廢棄物變廢為寶的成功示範。


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秸稈玉米芯其實都是神奇的物種,脫下包裝頓時華麗的轉型,立馬變成石墨烯和玉米纖維。新材料之王”石墨烯”可以從玉米芯中提取出來的。這種材料是世界上公認的最神秘的材料,它能比鋼材還硬兩百倍,比導電最好的銀還要好,它的厚度是一根頭髮的十萬分之一。在近年來,“手機充電只需幾秒鐘”“史上最薄電燈泡”這些都是關於石墨烯的無所不能的非凡體現。然而這個神秘的材料,可以從最普通不過的秸稈和玉米芯中提取的,這是讓我們很難想象得到的。對於玉米芯還有新的產品,將它碾成粉末可以生產木質素、生產纖維素、生產半纖維素,還有生產有機肥,那些廢物都可以生產成有機肥。這種生產出來的全球熱點新材料生物質石墨烯和玉米芯纖維,已經成功的在商業化上得到了應用。

據數據顯示,5噸玉米芯成本2000元,可以生產一噸石墨烯,價值200萬元。半纖維素可以生產木糖和阿拉比糖,價值13萬。木質素可以生產可降解塑料袋,價值3.5萬,剩餘的廢渣可以生產有機肥,價值3千元,這幾項產生的價值共計217.5萬元,摺合每噸44萬元。如果按照玉米芯每噸400元計算,也就是,一噸玉米芯進行一加工,身價立馬轉變了數千倍。在收購站,根據玉米芯的質量,按照每噸350到400元不等的價格收購,也就是收購方收購成本只需要13元,賣出去得到50元,這樣一來就可以掙到30多元。從整個環節來看,把一文不值的秸稈和玉米芯在農民、收購方、製造商之間都得到了價值。

瞿衛國認為,秸稈是一種天然纖維素生物質,被認為是地球上最有價值、最豐富的可再生資源。在中國,天然纖維素生物質的年產率超過7億噸,其中玉米秸稈佔有30 %。

由於玉米秸稈中碳含量比較豐富,因此將其轉化為具有特殊結構的碳材料用於需要的領域非常重要。為了解決環境汙染以及資源匱乏的問題,利用玉米秸稈為原料發展簡單高效的方法合成多孔類石墨烯材料是非常重要的。玉米秸稈中的纖維素、半纖維素和木質素含有豐富的極性基團,能夠和各種金屬離子配位。基於以上分析,以玉米秸稈為原料,基於鐵的滲碳效應可以發展為一種製備多孔類石墨烯材料的方法。


新農業匯評

從玉米芯中提取石墨烯這是一項比較新的科研成果,是由我國黑龍江大學付宏剛教授帶領的黑龍江大學功能無機材料化學實驗室和濟南聖泉集團股份有限公司聯合完成的。項目名稱為“生物質石墨烯材料綠色宏量製備工藝”。該工藝是以從玉米芯中提取糠醛等物質後剩餘的纖維素為原料,製備而出的生物質石墨烯材料。

石墨烯最先是由英國人制備出來的,其使用的方法是機械剝離法,氧化還原法,SIC外延生長法等,而我國的科學家則是創新的運用基團配位組裝析碳法,從生物材料中提取的,此方法綠色環保,成本低,而且提取質量高,導電性優異。


我答你問

從2個角度來分享一下自己的看法。

第一,石墨烯的生產無非2種途徑,剝離石墨(自上而下)、原位生長(自下而上)。

石墨烯的本質是單層石墨。因此,其製備方法可以分為“自上而下”和“自下而上”2大類方法。所謂“自上而下”,就是把石墨通過多種方法剝離成單層(或幾層),此時製備出的就是石墨烯。所謂“自下而上”,就是通過各種方法(如化學氣相沉積法)在基底上生長出石墨烯來。

第二,所有碳質前驅體皆能製備出石墨烯,關鍵要經歷熱解(碳化)等步驟。

這時,就不難理解通過玉米芯提取(雖然“提取”這個詞用地並不很準確)石墨烯的本質了。玉米芯先要經歷高溫碳化,轉變為定型碳,然後再通過後續的處理方法,剝離出石墨烯。

以上解釋可能在科學性方面有欠缺,歡迎做石墨烯的學者斧正!


碩博天地


七名釣譽

已看很多回答,如果真的如此,真希望國家大力推廣,並大量回收,讓能種上玉米的地方都種上,讓農民收入再次提高。

感恩祖國的強大!!!!


賓哥數學


含碳基的東西都有可能提取石墨烯,關鍵是看成本高低


不說74831474

不應該說提取,應該說製備。以植物為原材料製備石墨烯。首先原材料需要純化,去掉各種雜質。然後通過高溫高壓的工藝,使得植物纖維脫氧等元素,製備出以碳為主鏈的石墨烯。


石墨烯瞭望

提取石墨烯的設備價幾何?


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