美国莱斯大学实现从橡胶废料中生产石墨烯工艺

闪蒸橡胶获取石墨烯的工艺方法示意图

【据Graphene-info网站2021年3月30日报道】美国莱斯大学(Rice University)图尔研究团队此前于2020年10月推出的“闪蒸”石墨烯工艺现已得到进一步优化,目前已经可以实现将橡胶轮胎废料转化为石墨烯,应用于混凝土增强。

在橡胶轮胎或橡胶管中,原子一般以有价值的涡轮式乱层石墨烯形式排列,层间存在错位。这种结构比从传统的石墨中剥离产生的石墨烯更易溶,更易在复合材料中应用。

事实证明,与食品废料或塑料相比,想要将橡胶转化为石墨烯更具挑战性,但实验室通过使用轮胎中的商用热解废橡胶优化了工艺。研究人员表示,从废旧轮胎中提取有用油脂后,其他碳残留物的价值截至目前几乎为零。

通过技术的不断改进,目前已经可以将炭黑或碎橡胶轮胎与商用炭黑材料的混合物通过“闪蒸”工艺制造石墨烯,提升碳残留物的价值。由于用这种方式获得的涡轮式乱层石墨烯是可溶的,因此可以将其轻松的与水泥混合制成更环保混凝土材料。

莱斯大学实验室通过“闪蒸”废旧轮胎碳残留物炭黑,发现大约70%的废料转化为石墨烯。当将切碎的橡胶轮胎与普通炭黑混合使用以增加导电性时,约47%的物质转化为石墨烯。除了碳以外,其他元素也通过这种方式回收满足其他领域的应用。

闪蒸过程中的电脉冲持续300毫秒至1秒不等。经过实验室的测算,转换过程中处理1吨原料碳将花费约100美元的电力。

研究人员将微量的轮胎衍生石墨烯与硅酸盐水泥混合在一起(使用轮胎炭黑质量分数为0.1%,使用轮胎炭黑和切碎轮胎胶粒的质量分数为0.05%),并将其用于生产成混凝土圆柱体。在固化7天后进行测试,圆柱体的抗压强度提高了30%以上。28天后,使用0.1%质量分数的石墨烯,已经足以使得产品强度至少增加30%。

研究人员表示,这种强度的提高部分归结于二维材料石墨烯的催化效应,促进水泥水合物产品更紧实,另一部分归因于则归因于后期的材料固有的增强作用。

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