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厲害了,從廢塑料中提取石墨烯?

2022-01-24 02:46:53  815 次瀏覽

提到石墨烯,相信大家已經(jīng)不陌生了,我們經(jīng)常能在各種文章中窺見它的身影。石墨烯擁有諸多優(yōu)異性能,如電學(xué)、熱血、機(jī)械性能等,自誕生至今已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域不斷滲透,石墨烯復(fù)合材料更是現(xiàn)在科研競爭十分激烈的領(lǐng)域。

在當(dāng)前,石墨烯主要有兩種路徑的合成方式。

●自上而下:通過大量的溶劑以及高能混合、剪切、超聲波和電化學(xué)處理,剝離石墨。在這過程中,為了促進(jìn)剝離,將石墨烯進(jìn)行化學(xué)氧化,變成氧化石墨烯,之后再對其還原獲得剝離的石墨烯。

●自下而上:比如采用化學(xué)氣相沉積或先進(jìn)的有機(jī)合成方法等。

而在年初的時(shí)候,美國萊斯大學(xué)James M. Tour教授課題組提出能夠通過廉價(jià)的焦耳熱閃蒸技術(shù)可將任何碳源——無論是炭黑、石油瀝青、煤炭、輪胎還是塑料垃圾,統(tǒng)統(tǒng)在不到100毫秒的時(shí)間內(nèi)變成克級石墨烯,實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”。

10月29日,James M. Tour教授課題組再發(fā)力,提出了一種回收塑料廢棄物的方法。區(qū)別于以往用直流電來提高碳源的溫度,實(shí)驗(yàn)室采取了使塑料廢料暴露于大約8秒鐘的高強(qiáng)度交流電中,然后直流震蕩的方法,通過快速焦耳熱技術(shù)將廢棄物變成具有渦輪層的閃蒸石墨烯(FG)外,還會產(chǎn)生碳低聚物、氫等。

實(shí)驗(yàn)表示總共需要23 kJ的能量才能將1.0 g的混合塑料廢棄物轉(zhuǎn)換為0.18 g的高質(zhì)量石墨烯。也就是說處理每噸塑料廢棄物約125美元(約848元人民幣)的電力成本,可以獲得180千克高質(zhì)量石墨烯,與傳統(tǒng)的物理和化學(xué)回收技術(shù)相比,這項(xiàng)技術(shù)的塑料回收成本具有明顯經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

此外,收集交流電石墨烯制備過程中形成的蠟質(zhì)物質(zhì),并通過傅里葉變換紅外分析發(fā)現(xiàn)生成的蠟是具有紅外指紋性的低聚物,類似于具有低氧化度的母體塑料。這些低聚物可與石油烴流混合以加工成純塑料,或可用于生產(chǎn)洗滌劑復(fù)合材料的添加劑。

就實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,該技術(shù)一舉兩得,同時(shí)解決了“廢塑料回收難”、“石墨烯制備成本高”兩大難題。相關(guān)工作以“Flash Graphene from Plastic Waste”為題發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會雜志《ACS Nano》上。

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