美国莱斯大学开发可将塑料快速转化为石墨烯的新工艺

莱斯大学化学家詹姆斯·图尔的实验室团队,在此前工作的基础上,改进了其发明的“闪蒸石墨烯”法,强化了将塑料循环利用转化为石墨烯的能力。这项研究成果近日发表在美国化学学会期刊ACS Nano中。

简而言之,实验室并没有利用此前的方法通过直流电来提高碳源的温度,而是首先将塑料废料在高强度交流电中暴露8秒后,再进行直流震荡。

经过该过程得到的产品是高质量但层数不同的石墨烯,可用于增强电子器件产品、复合材料、混凝土和其他材料,而碳低聚物分子可从石墨烯中排出,转为其他用途。

莱斯大学研究生、论文主要作者瓦拉·阿尔戈泽布表示,在“闪蒸”过程中还产生了大量的氢气,这是一种清洁的燃料。

图尔预测,在工业规模领域,利用直流交流(ACDC)工艺可以生产大量石墨烯,其中处理每吨塑料废料所需电费约为125美元。

图尔研究团队在此前的论文中已经阐明,塑料可以被转换成石墨烯,但经过测试,石墨烯的质量不如预期。不过现在通过使用一连串不同的电脉冲,实验成果已经展现出了很大不同。

世界上绝大多数塑料回收技术都是无效的,只有大约9%的废弃塑料实现了回收。这其中最臭名昭著事实就是,在太平洋中已经形成了一座塑料废物岛,其大小与美国德克萨斯州面积相当。

面对日益严重的环境污染,人们必须正视并加以解决。此外,人类还面临另一大问题:海洋中将二氧化碳转化为氧气的微生物受到塑料分解产物的影响,它们正在逆向进行反应,即吸收氧气并释放二氧化碳。这对人类和生物来说都十分糟糕。

“闪蒸焦耳转换”技术的应用,消除了很多与传统回收塑料相关的费用,同时节省的还包括能量和水的分类与清洁。图尔表示,与其将塑料回收成价格为每吨2000美元的颗粒原料,不如尝试将其回收升级为具有更高价值的石墨烯,这样既有经济激励,也有环境激励。

尽管塑料制品原料数量巨大,当生产得到的石墨烯过多不会成为问题。在自然界中,无论用碳做什么,一旦将其从石油、天然气或煤炭中提取,它都会以二氧化碳循环而告终。石墨烯带来的好处是,它在许多条件下的生物降解非常缓慢,因此在大多数情况下,它不会很快重新进入数持续百年的碳循环。

研究人员正在努力改善其他废料(特别是食物垃圾)实现“闪蒸石墨烯”的工艺技术。研究人员正努力创造全新的连续电脉冲,以尝试将食物垃圾转化为高质量的石墨烯,并尽可能减少排放。研究人员正在利用机器学习对研究过程进行辅助。

美国空军科学研究所和能源部为这项研究提供了支持。