Zastosowanie grafitu w uzdatnianiu wody pitnej i systemach wodociągowych
- Szczegóły
Materiały węglowe, w tym grafit, odgrywają istotną rolę w różnych urządzeniach elektrochemicznych, które znajdują zastosowanie w monitoringu środowiskowym, diagnostyce medycznej, elektronice, energetyce i przemyśle motoryzacyjnym. Do tych urządzeń zaliczają się czujniki elektrochemiczne, akumulatory litowo-jonowe, superkondensatory i ogniwa paliwowe.
Cechą charakterystyczną materiałów węglowych, o których mowa w tym artykule, jest duża zawartość fazy grafitowej. Odkrycia takie jak synteza fullerenów w 1985 roku i nanorurek węglowych w 1991 roku przez Iijimę, miały przełomowy wpływ na badania nad niskowymiarowymi pochodnymi grafenu.
Struktura i właściwości grafitu
Właściwości elektrokatalityczne grafitu wynikają z hybrydyzacji sp2 orbitali elektronowych atomów węgla. W hybrydyzacji tej trzy z czterech elektronów walencyjnych węgla tworzą silne wiązania kowalencyjne, leżące na jednej płaszczyźnie pod kątem 120°. Taka struktura umożliwia tworzenie heksagonalnych płaszczyzn o strukturze plastra miodu. Czwarty elektron, określany jako elektron π, tworzy słabe wiązania i odpowiada za przewodnictwo grafitu wzdłuż płaszczyzn grafitowych. Elektrony π wiążą pojedyncze płaszczyzny grafenowe słabymi wiązaniami metalicznymi, umożliwiając istnienie dwu- i wielowarstw grafenu, a w przypadku setek warstw - grafitu.
Charakter wiązań wewnątrz i pomiędzy płaszczyznami wpływa również na właściwości węgli i grafitów porowatych, węgli aktywowanych i amorficznych włókien węglowych. Włókno węglowe składa się z szeregu ułożonych jedna nad drugą płytek grafenowych o rozmiarach rzędu kilku nm. Grafenowe płaszczyzny można zwijać i zszywać w cylindry, tworząc nanorurki węglowe.
Zastosowanie grafitu w czujnikach elektrochemicznych
Czujniki elektrochemiczne służą do identyfikacji i oznaczania stężeń analitów, takich jak gazy rozpuszczone w elektrolicie, jony metali ciężkich, substancje czynne w farmaceutykach i biomarkery. Analit doprowadzany jest do warstwy transportowej, która kontaktuje się z przetwornikiem elektrochemicznym. Selektywność warstwy transportowej jest kluczowa. Przetwornik elektrochemiczny to ogniwo elektrochemiczne, najczęściej w konfiguracji trójelektrodowej. W technice woltamperometrycznej mierzy się prąd przepływający pomiędzy elektrodą pracującą i zliczającą w funkcji potencjału elektrody pracującej, względem elektrody standardowej odniesienia (Ag/AgCl). Takie rozwiązanie konstrukcyjne jest powszechne w czujnikach gazu.
Przeczytaj także: Woda filtrowana z Ciemnym Grafitem
Dobre przewodnictwo powierzchniowe, stabilność chemiczna oraz duża powierzchnia czynna grafitów porowatych, nanorurek węglowych i grafenu czynią je idealnymi materiałami do konstrukcji elektrod pracujących w czujnikach elektrochemicznych. Ważnym zastosowaniem jest monitorowanie stężenia jonów metali ciężkich w wodzie pitnej. Ponadto, grafit i jego pochodne charakteryzują się biozgodnością, co sprawia, że są obiecujące w czujnikach do oznaczania poziomu stężenia substancji aktywnych leków i biomarkerów w matrycach biologicznych.
Detekcja związków o znaczeniu fizjologicznym, takich jak dopamina, kwas askorbinowy i moczowy, może odbywać się bez udziału enzymów. Nanorurki węglowe i grafen stanowią platformę do bezpośredniego badania mechanizmów reakcji redoks z udziałem białek, takich jak mioglobina, hemoglobina, cytochrom c czy oksydaza glukozowa. W przypadku elektrody grafenowej lub nanorurki węglowej możliwe jest przeniesienie elektronu pomiędzy elektrodą i białkiem bez udziału substancji pośredniczących.
Grafit w kondensatorach elektrochemicznych i ogniwach paliwowych
Nanorurki i grafen, poza stabilnością elektrochemiczną, charakteryzują się dużym stosunkiem powierzchni do masy, co czyni je dobrym materiałem do konstrukcji elektrod w kondensatorach elektrochemicznych. Wprowadzenie domieszki azotowej do sieci grafenu wywołuje wzrost pojemności kondensatorów warstwy podwójnej. Kondensatory elektrochemiczne mogą uzupełniać lub zastępować akumulatory elektrochemiczne w pojazdach elektrycznych i hybrydowych.
W ogniwach paliwowych, katalizatorem reakcji redukcji tlenu jest platyna, jednak jej zużywanie się i wysokie koszty stanowią problem. Nanorurki węglowe z domieszką azotową stanowią alternatywę, wykazując wysoką wydajność i trwałość w ogniwach alkalicznych. Domieszkowanie azotem lub borem poprawia wydajność elektrokatalityczną nanorurek i grafenów, co umożliwia wytwarzanie wydajnych katalizatorów reakcji redukcji tlenu na skalę przemysłową.
Grafit w systemach wodociągowych
W systemach wodociągowych, rury żeliwne są cenione za swoje właściwości. Żeliwo szare jest odporne na korozję i obojętne w kontakcie z wodą pitną, jednak jest kruche. Alternatywą jest żeliwo sferoidalne, które charakteryzuje się większą wytrzymałością. Rury żeliwne są często pokrywane powłokami ochronnymi, takimi jak cynk i bitumity, a wewnętrznie zaprawą cementową, aby zapobiec korozji. W przypadku bardzo miękkiej wody, stosuje się dodatkowo powłokę epoksydową.
Przeczytaj także: Gdzie kupić wodę destylowaną?
Wybór materiału rur wodociągowych zależy od wielu czynników, takich jak koszty, wytrzymałość, odporność na korozję i łatwość montażu. Rury żeliwne są najtańsze, ale ciężkie. Rury z żeliwa sferoidalnego są lżejsze i wytrzymalsze, ale wymagają powłok ochronnych. Ważne jest również uwzględnienie warunków gruntowych i rodzaju transportowanej wody przy wyborze odpowiedniego materiału.
Bateria kuchenna OMNIRES SWITCH z filtrem grafitowym
Bateria kuchenna OMNIRES SWITCH łączy minimalistyczny design z funkcjonalnością, oferując wodę zwykłą i filtrowaną. Wyposażona jest w system do filtrowania wody marki Dafi, który redukuje zawartość chloru, metali ciężkich i twardość wody. Bateria posiada głowicę ceramiczną z technologią COLD START, oszczędzając energię i wodę. Grafitowe wykończenie nadaje jej nowoczesny wygląd.
| Funkcja | Opis |
|---|---|
| Wylewka | Obrotowa, dwudrożna z funkcją wody filtrowanej |
| Zestaw filtrujący | Wkład filtrujący, elektroniczny miernik przepływu, pasek do sprawdzania twardości wody |
| Głowica | Ceramiczna z technologią COLD START |
| Zasięg wylewki | 22,6 cm |
| Wysokość wypływu wody | 25,5 cm |
| Całkowita wysokość baterii | 44,5 cm |
| Maksymalna grubość blatu | 3,5 cm |
Przeczytaj także: Inwestycje w Jakość Wody w Proszówkach
tags: #grafit #w #wodzie #pitnej
