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利用闪蒸加热回收汽车零部件制备高价值石墨烯

2022-06-05    阅读量:30655    新闻来源:互联网     |  投稿

莱斯大学的化学家与福特汽车公司的研究人员合作,通过该大学的闪光焦耳加热过程,将“报废”汽车的塑料部件转化为石墨烯。googletag。命令。push(function(){googletag.display('div-gpt-ad-1453799284784-2');});一辆SUV平均含有350公斤(771磅)的塑料,如果不是在新一期《自然》杂志《通信工程》上报道的回收过程中,这些塑料可以在垃圾填埋场中存放几个世纪。

该项目由大米化学家詹姆斯·图尔(JamesTour)和研究生兼主要作者凯文·怀斯(KevinWyss)领导,其目标是重新利用石墨烯制造用于新车的增强型聚氨酯泡沫。测试表明,注入石墨烯的泡沫的抗拉强度增加了34%,低频噪声吸收增加了25%。石墨烯的重量只有0.1%或更少。

当新车报废时,泡沫可以再次闪现成石墨烯。

图尔说:“福特从一家汽车切碎厂向我们运送了10磅混合塑料废料。”。“它又脏又湿。我们把它擦亮,我们把石墨烯送回福特,他们把它放进新的泡沫复合材料中,它完成了它应该做的一切。”

“然后,他们给我们发送了新的复合材料,我们对其进行了闪现,并将其重新制成石墨烯,”他说。“这是循环回收的一个很好的例子。”

研究人员引用了一项研究,该研究估计,仅在过去六年中,作为减轻重量和提高燃油经济性的手段,汽车中使用的塑料量就增加了75%。

Tour表示,将混合报废塑料按类型进行回收一直是汽车行业的一个长期问题,而且由于报废汽车可能存在的环境法规,这一问题变得越来越重要。他说:“在欧洲,汽车回到制造商那里,制造商只允许填埋汽车的5%。”。“这意味着他们必须回收95%,这对他们来说是压倒性的。”

据合著者、福特可持续发展技术研究员黛博拉·米列夫斯基(DeborahMielewski)介绍,大部分混合塑料最终被焚烧。他指出,美国每年销毁1000万至1500万辆汽车,全球销毁量超过2700万辆。

她说:“我们在车辆上有数百种不同的塑料树脂、填料和增强材料组合,使材料无法分离。”。“每种应用都有一种最经济地满足要求的特定负载/混合物。”

图尔说:“这些东西不像塑料瓶那样是可回收的,所以它们不能融化和重塑。”。“所以,当福特研究人员发现我们的论文是关于将塑料加热成石墨烯的闪光焦耳时,他们伸出了手。”

2020年,图尔实验室引进了利用焦耳快速加热制备石墨烯的技术,该技术将混合的研磨塑料和焦炭添加剂(用于导电)装在管子的电极之间,并用高压对其进行爆破。突如其来的酷热鈥攗p至近5000华氏度鈥攙还原其他元素并留下易于溶解的涡轮层状石墨烯。

闪速加热具有显著的环境效益,因为该工艺不需要溶剂,并且生产石墨烯所需的能量最低。

为了测试报废的混合塑料是否可以转化,莱斯实验室将报废的F-150皮卡车上的塑料保险杠、垫圈、地毯、垫子、座椅和门套制成的粉碎机“绒毛”磨成细粉,无需清洗或预先分类部件。

实验室分两步闪蒸粉末,首先在小电流下闪蒸,然后在为实验定制的Wyss加热器中以大电流闪蒸。

粉末在低电流下加热10到16秒,产生了高度碳化的塑料,约占初始体积的30%。另外70%被脱气或回收为富含碳氢化合物的蜡和油,Wyss建议这些蜡和油也可以回收。

碳化后的塑料经过大电流闪蒸,85%转化为石墨烯,同时排出氢气、氧气、氯、硅和微量金属杂质。

将生命周期分析(LCA)纳入水稻研究项目的机会也吸引了Wyss。他说:“我受可持续发展的驱动,这是我职业生涯的重点。”。

生命周期评价包括将汽车零件的石墨烯与其他方法生产的石墨烯进行比较,并评估回收效率。他们的研究结果表明,与其他方法相比,快速焦耳加热法生产石墨烯的能耗、温室气体排放量和用水量都有显著减少,甚至包括将塑料粉碎机绒毛减少为粉末所需的能量。

福特研究公司(Ford research)专注于可持续性和新兴材料的技术专家、合著者阿尔珀·克孜尔塔斯(Alper Kiziltas)表示,福特在其汽车上使用了多达60磅的聚氨酯泡沫,其中约2磅是石墨烯增强的。他说:“当我们从大米中回收石墨烯时,我们将其以非常小的数量加入到泡沫中,并看到了显著的改善。”。“它在为我们的应用提供优异的机械和物理性能方面超出了我们的预期。”

石墨烯显然在福特有着未来。该公司首次将其引入各种其他发动机罩下部件,并于2020年添加了石墨烯增强发动机罩。克孜勒塔斯表示,该公司预计还将用它来加固硬质塑料。

Mielewski说:“随着福特转向电动汽车,我们与Rice的合作发现将变得更加重要。”。“当你去除内燃机产生的噪音时,你可以更清楚地听到车内外的一切。”

她说:“能够减轻噪音更为关键。”。“因此,我们迫切需要能够更好地吸收噪音和振动的泡沫材料。这正是石墨烯能够以极低水平提供惊人噪音缓解的地方。”进一步探索

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