科學家通過新加工技術將垃圾制成高價值的“閃蒸石墨烯”

據外媒New Atlas報道,近年來石墨烯被作為一種能改變游戲規則的物質,但是生產這種新的材料仍需要改進的方法。萊斯大學的科學家報告說,他們該領域取得了重大突破-該團隊展示了一種新的加工技術,該技術可以以廉價,高效的方式將各種垃圾產品轉化為“閃蒸石墨烯”。

科學家通過新加工技術將垃圾制成高價值的“閃蒸石墨烯”

憑借高的導熱性和導電性,超薄的外形和令人難以置信的強度,石墨烯已經在材料科學領域開辟了一些令人興奮的可能性。生產單原子厚的薄片的主要方法之一是通過化學氣相沉積,即將碳源(通常為甲烷)泵入腔室以促使化學反應并在薄的基板表面上留下石墨烯薄片的過程。

萊斯大學化學家James Tour表示,這可能是一個費力且昂貴的過程,目前石墨烯的商業價格為每噸67000至20萬美元。他帶領一組研究人員開發了一種新的方式,將奇妙的材料放在一起,可以將各種形式的事物用作碳源,同時解決環境浪費。

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該過程利用了所謂的閃蒸焦耳加熱,其中電流通過導電材料產生熱量。使用這項技術將任何含碳材料加熱到大約3000開爾文(大約4940°F或2730°C),在大約10毫秒內將垃圾變成石墨烯薄片,而所有剩余的非碳元素則變成有用的氣體。

Tour表示:“當該過程工業化時,離開閃蒸反應器的氧氣和氮氣等元素都可能被捕集為小分子,因為它們具有價值。”這項新技術最有希望的方面是可用于生成石墨烯薄片的材料范圍廣泛。研究小組表示,從香蕉皮到煤炭,再到其他食物垃圾,甚至塑料都可以充當碳的來源,并被用來制造石墨烯,而成本僅是目前方法的一小部分。

科學家通過新加工技術將垃圾制成高價值的“閃蒸石墨烯”

“這很重要,” Tour表示。“世界上有30%到40%的食物被扔掉了,因為它變質了,另外塑料廢料引起了全世界的關注。我們已經證明,任何固體碳基物質,包括混合的塑料廢料和橡膠輪胎,都可以轉化為石墨烯。”

這項研究的另一個令人振奮的成果是,可以開發出價格便宜得多的石墨烯。該團隊已經測試了由塑料和混凝土制成的復合材料,并用其“閃蒸石墨烯”增強了這種復合材料,事實證明后者特別有前途。Tour說道,僅含閃點0.1%“閃蒸石墨烯”的水泥可以將混凝土生產對環境的巨大影響減少三分之一。

科學家通過新加工技術將垃圾制成高價值的“閃蒸石墨烯”

他表示:“通過用石墨烯增強混凝土,我們可以減少建筑用混凝土的數量,從而降低制造成本和運輸成本。本質上,我們正在捕獲會垃圾填埋場中的廢棄食物可能會產生的二氧化碳和甲烷等溫室氣體。我們正在將這些碳轉化為石墨烯,并將該石墨烯添加到混凝土中,從而降低了混凝土生產中產生的二氧化碳量。使用石墨烯是一種雙贏的環境方案。”

Tour和他的團隊希望繼續完善其閃蒸石墨烯的生產,并在未來兩年內擴大規模,每天生產2.2磅(1千克)的石墨烯。他們的近期重點將是一個新資助的項目,旨在將煤炭轉化為閃蒸石墨烯。Tour說:“通過將煤炭廉價地轉化為價值更高的建筑材料,可以為煤炭提供大規模的出路。”

這項研究發表在《自然》雜志上,而下面的視頻則對該技術進行了概述。

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