Что такое Графеновый сорбент?

Графеновый сорбент — относится к классу ПТРГ Пищевые терморасширенные графиты. Это  графит расщепленный на множество слоев. Технологии расщепления графитов (ТРГ) существуют уже много десятилетий, но применять их для очистки питьевой воды было невозможно. Для производства ТРГ используются сильные кислоты, которые и остаются в ТРГ без возможности удаления каким либо способом. 

ТРГ широко применим в разнообразных сферах производства, это и прокатная фольга и тормозные колодки, очистка сточных вод  и сбор разливов нефти на суше и акваториях. При всех своих плюсах ТРГ имеет и минус. При определенных условиях ТРГ ускоряет коррозию металлов.
Около 25-ти лет назад появилась потребность в получении терморасширенного графита особой чистоты - для атомной промышленности. Именно тогда и появились модификации ТРГ "свободные" от химически-ядовитых веществ. Некоторые виды этих "химически чистых ТРГ" не используются вообще из-за сложного технического процесса производства. Другие же способы применяются широко и  более 25 лет "служат" человечеству.
ПТРГ (пищевые ТРГ) не везде используются для очистки питьевой воды. Первая причина - сорбенты разные по своим свойствам, поэтому могут вообще не применяться для водоочистки. Вторая причина - атомная промышленность занимается энергетикой, водоочисткой - специалисты в своей области.

Доподлинно известно, что ПТРГ давно и успешно внедрен в промышленной очистке воды в Австралии, Бразилии, Канаде и США. В России технологию очистки воды при помощи ПТРГ представляют более 10-ти фирм производителей и более 300 фирм обслуживающих конечного потребителя.

ПТРГ имеют, видимо, множество вариаций. Некоторые из них могут удалять из воды соли жесткости или быть "заточены" под определенный вид загрязнения. Например, Графеновый сорбент, удаляет широкий спектр загрязнений присутствующих в речной воде и системах муниципального водоснабжения. Как бы "универсальный сорбент". При этом Графеновый сорбент прекрасно удаляет вирусы и болезнетворные микроорганизмы.

Метод получения Графенового сорбента из графита

Известно много способов деструкции углерода. В мире запатентовано более 100 таких способов. Мы применяем способ, позволяющий деструктурировать углерод до степени образования графеноподобных структур.

Для этого мы используем определённые химические соединения, которые, путём обычного смачивания проникают в межслоевые пространства графита, и могут находиться в таком состоянии сколь угодно долго, никак себя не проявляя. Но, при нагревании примерно до 300 °С, эти соединения начинают взрывообразно разлагаться, разрывая при этом ван-дер-ваальсовы связи.

Таким химическим соединением может быть даже вода: при резком нагревании вода превращается в пар, который и разрывает ван-дер-ваальсовы связи. Правда для этого гидрофобный графит необходимо сделать гидрофильным (это не так просто, но возможно), если графит не делать гидрофильным, то вода его просто не смочит.

В результате кусок графита увеличивается в объёме в 500—1000 раз и превращается в легчайший черный пух.

Наиболее авторитетная организация (по Санкт-Петербургу и Северо-Западу России) в области углеродных нанотехнологий — это ЗАО «ИЛИП» (Инновации Ленинградских институтов и предприятий"). В рамках совместной научной деятельности с данной организацией нами были получены электронные фотографии образцов Графенового сорбента  при различных увеличениях и при помощи электронного микроскопа фирмы ZEISS. При снятии электронной фотографии на поверхность образца напылялся субмикронный слой золота.
Ниже представлен пример электронной фотографии, полученный при увеличении 25000^x. Из фотографии видно, что изучаемый углеродный наносорбент представляет собой так называемую «нанопланарную структуру» из псевдоплоских образований, имеющих 2 линейных макроразмера в единицы-десятки микрометров и один линейный наноразмер в десятки-сотни нанометров. Указанные псевдоплоские образования спаяны друг с другом по периферии, образуя наноструктуру по типу мятых листов бумаги.

Электронная фотография образца графенового сорбента производства фирмы «Геракл» при увеличении 25000^x. (Из научного отчёта ЗАО «ИЛИП» "Некоторые физико-химические свойства Графенового сорбента производства фирмы "Геракл", Санкт-Петербург, 2008).

Графеновый сорбент и фуллерены это различные модификации наноуглерода.

В 1985 году американские ученые под руководством Р.Смолли в спектрах паров углерода обнаружили четкие пики, соответствующие кластерам, состоящим из 60 атомов углерода. Дальнейшие исследования показали, что эти кластеры в действительности являются индивидуальными молекулами. Эти молекулы были названы фуллеренами в честь американского архитектора Ричарда Фуллера, впервые построившего геодезический купол, состоящий из шести- и пятиугольников. Открытие новой формы углерода было удостоено Нобелевской премии.

Похоже на мистику, но факт: великий Леонардо да Винчи нарисовал для книги Луки Пачоли «О совершенстве мира», изданной в начале XVI века, совершенную молекулу, состоящую из 60 атомов и представляющую собой усеченный икосаэдр. Именно такой мы видим сегодня молекулу фуллерена — один к одному, имеет место полное соответствие (метрический инвариант) точек двух множеств. Предвидение длиной в 500 лет. Почему-то часто путают графеновый сорбент и фуллерены. Этого делать не следует: в графеновом сорбенте фуллеренов нет.

Основные физико-химические свойства графенового сорбента

Графеновый сорбент химически инертен, электропроводен, гидрофобен (краевой угол смачивания более 90 градусов), устойчив к агрессивным средам, экологически чист.
Содержание углерода: не менее 99,5%

Насыпная плотность: 0.1-00.1 г/см2 (в зависимости от способа изготовления)
Удельная поверхность: 10—12 м2/г
Удельный объём пор Графенового сорбента: 30—60 см3/г
Диапазон рабочих температур: от —60°С до +3000°С
Возврат присоединённого вещества: до 98%

Более подробно о Графеновом сорбенте и испытаний фильтров на его основе в статье  

Разработка технологии промышленного получения вспененног графита