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最新技术塑料废料回收成石墨烯

11-03 15:46 阻燃材料百科

塑料废料能变回黑乎乎的原生石墨烯,这都要归功于ACDC。


这就是美国莱斯大学的科学家们对他们采用的高效利用塑料废料的过程的称呼。在这个例子中,莱斯大学化学家James Tour的实验室修改了其制造闪蒸石墨烯的方法,以增强其将塑料回收成石墨烯的能力。


该实验室的研究发表在美国化学学会杂志《ACS Nano》上。


塑料废料能变回黑乎乎的原生石墨烯


简单来说,实验室没有像原来的工艺那样用直流电提高碳源的温度,而是先将塑料废料暴露在8秒左右的高强度交流电中,然后再进行直流电击。


产品是高质量的涡轮石墨烯(这是一种有价值的可溶性物质,可用于增强电子、复合材料、混凝土和其他材料)以及碳低聚物(分子可以从石墨烯中排出,用于其他应用)。


“我们在闪蒸过程中产生了大量的氢气,这是一种清洁的燃料。”莱斯大学的研究生、主要作者Wala Algozeeb说。


Tour估计,在工业规模上,ACDC工艺可以以每吨塑料废料约125美元的电力成本生产石墨烯。


Tour说:“我们在最初的论文中表明,塑料可以被转化,但石墨烯的质量并没有像我们期望的那么好。现在,通过使用不同的电脉冲序列,我们可以看到了很大的不同。”


他指出,世界上大多数的塑料回收技术都是无效的,只有大约9%的生产塑料被回收利用。最臭名昭著的是一个在太平洋上形成的德克萨斯州大小的塑料垃圾岛。


“我们必须处理这个问题,”他说,“还有另一个问题:海洋中把二氧化碳转化为氧气的微生物受到塑料分解产物的阻碍,它们正在逆转这个过程,吸收氧气并将其转化为二氧化碳。这对人类来说真的很糟糕。”


Tour注意到焦耳热闪蒸技术消除了许多与回收塑料相关的费用,包括需要能源和水的分类和清洁。他说:“与其把塑料回收成2000美元/吨的颗粒,不如升级回收成石墨烯,因为石墨烯的价值要高得多。这既有经济上的激励,也有环境方面的激励。”


Tour说,尽管塑料原料数量过多,但拥有过多的石墨烯不会成为问题。他说:“不管你如何处理碳,一旦你从石油、天然气或煤炭中把它从地下带出来,它就会进入二氧化碳循环。石墨烯的好处在于,在许多条件下,它的生物降解非常缓慢,因此在大多数情况下,石墨烯在数百年内不会重新进入碳循环。”


他指出,研究人员正致力于改进闪蒸石墨烯工艺,以用于其他材料,尤其是食品废料。他说:“我们正致力于生成一个良好的脉冲序列,将食物垃圾转化为高质量的石墨烯,同时尽可能减少排放。”


这项新的研究是在最近另一篇论文的基础上进行的,该论文描述了通过直流焦耳加热从炭黑中产生的闪蒸石墨烯。这篇论文,也被发表在《ACS Nano》上,结合显微镜和模拟显示了两种不同的形态:涡轮层状石墨烯和褶皱石墨烯薄片。该研究描述了重新排列的碳原子会以一种形态或另一种形态出现的方式和原因,并且可以通过调整闪蒸的时间来控制比例。



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