Carbon:Converting plastic waste pyrolysis ash into flash graphene.pdf

一、亮点/创新点

这篇文献的亮点/创新点包括：

（1）提出了一种直接从塑料废物热解灰中提取高纯度涡流闪蒸石墨烯（tFG）的简便方法，这种方法既环保又高效。

（2）利用tFG显著提高了PVA纳米复合材料的机械性能和物理性能，如通过低剂量的tFG添加（0.1%~1%），改善了失效应变15%~30%，且与纯PVA相比，减少了500%的水吸收。

（3）在混凝土中添加tFG，显示出在压缩强度上的显著提升，为使用tFG的大规模生产和应用提供了新的途径。

（4）该研究不仅为塑料废物的回收提供了新的方向，同时也为tFG在复合材料中的应用开辟了新的可能性，展示了一条将废物转化为高价值产品的环境友好路径。

二、研究背景

根据文献内容，本篇研究的背景可以概括为以下几点：

（1）塑料废物问题日益严重：随着塑料生产和消费的持续增加，塑料废物的处理和回收问题变得日益突出。塑料废物不仅对环境造成了巨大负担，还对人类健康构成威胁。

（2）塑料热解技术的发展：为了解决塑料废物问题，研究者探索了多种回收和处理塑料废物的方法，其中塑料热解技术被认为是一种有效的回收利用手段。通过热解，塑料废物可以转化为油、气和碳黑等有价值的产品。

（3）石墨烯的潜力与挑战：石墨烯作为一种具有优异性能的纳米材料，因其独特的物理和化学性质而被广泛研究。然而，高品质石墨烯的大规模生产仍面临技术和成本上的挑战。

（4）塑料废物热解灰的利用：塑料热解过程产生的副产品之一是热解灰，通常被视为废弃物处理。如何有效利用这些热解灰，将其转化为高价值的材料，是研究的一个潜在方向。

本篇文献的研究背景就是在塑料废物处理和资源回收的大背景下，探索将塑料废物热解灰转化为高品质石墨烯的新方法，旨在解决现有石墨烯生产面临的挑战，同时为塑料废物的高值化利用提供新途径。

三、研究方法

本篇文献的研究方法概要如下：

（1）化学品与材料：使用了由河南省商丘市中明环保设备有限公司提供的塑料废物热解灰（PA），以及Sigma-Aldrich提供的聚乙烯醇（PVA，80%水解，分子量9000至10000），未经进一步纯化或表征即使用。

（2）闪蒸石墨烯（FG）的合成：自制的闪蒸焦耳加热（FJH）站点用于将PA转化为FG。使用60毫法拉的电容为样品提供电流，PA在石英管中压实并夹在铜毛和铜电极之间以导电。利用FJH装置施加不同电压的脉冲，直到最终电阻降至1欧姆。然后，新形成的tFG从石英管中取出，用研钵和研杵研磨后直接使用，无需进一步的纯化或处理。

（3）PVA及其与tFG复合材料的制备：对照样品通过在去离子水中超声30分钟的Pluronic-F127溶液中加热至85°C，加入PVA后搅拌3小时。tFG或PA-PVA复合材料样品采用类似程序，但在加热Pluronic-F127水溶液并添加PVA之前，将FG或PA添加到1wt%的Pluronic-F127溶液中。

（4）tFG-OPC浆料和tFG-OPC混凝土样品的制备：通过在1%的水-Pluronic F-127溶液中溶解不同浓度的预制tFG，并通过搅拌器搅拌15分钟来制备普通硅酸盐水泥纳米复合材料。然后将tFG分散物与波特兰水泥混合，制成浆料，倒入PTFE模具中固化和养护。

（5）表征和测量：使用不同的技术对tFG进行了表征，包括拉曼光谱学、X射线衍射（XRD）、热重分析和差示扫描量热法（TGA/DSC）、傅里叶变换红外显微镜（FTIR）、紫外-可见吸收光谱、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等，以评估tFG的质量、分散性、结构和复合材料的性能。

这些方法提供了对tFG合成、分散性、与PVA复合材料的相互作用及其在混凝土中应用的深入理解。

四、研究结果和主要结论

本篇文献的研究结果和主要结论如下：

（1）tFG的合成与应用：成功地从塑料废物热解灰中合成了涡流闪蒸石墨烯（tFG），并将其应用于聚乙烯醇（PVA）纳米复合材料和普通硅酸盐水泥（OPC）纳米复合材料中，无需进一步的功能化或纯化处理。

（2）PVA纳米复合材料的性能提升：在PVA纳米复合材料中添加低剂量的tFG（0.1% ~ 1%）显著改善了材料的失效应变（15%~30%的增加）和减少了水吸收（与纯PVA相比减少了500%）。这表明tFG的加入显著增强了PVA纳米复合材料的机械性能和物理性能。

（3）OPC纳米复合材料的性能提升：在OPC纳米复合材料中添加tFG后，观察到显著的压缩强度增加，当tFG的含量在OPC浆料中达到最佳加载量0.1%时，压缩强度提升了43%，而在OPC混凝土中观察到25%的增加。

（4）环境友好的路径：研究结果展示了一条环境友好的路径，通过化学循环利用将塑料废物（PW）经济地升级回收成高价值的tFG，以及通过添加tFG来增强聚合物，扩展它们的应用范围和实现范围。

综上所述，本研究通过一个创新的方法将塑料废物热解灰转化为高价值的涡流闪蒸石墨烯，并成功应用于提升PVA纳米复合材料和OPC纳米复合材料的性能，展示了塑料废物高值化利用和环境友好路径的巨大潜力。

五、后续研究改进

基于这类研究的一般性质，可以推测一些潜在的后续研究方向和改进点：

（1）材料的进一步优化和性能提升：虽然已经展示了涡流闪蒸石墨烯（tFG）在PVA纳米复合材料和OPC纳米复合材料中的应用，但对tFG的进一步改性和优化可能会提升其在更广泛应用中的性能。

（2）更广泛的应用探索：本研究主要探讨了tFG在特定复合材料中的应用。未来的研究可以扩展到其他类型的高分子或建筑材料中，以探索tFG的潜力。

（3）环境影响和可持续性评估：虽然本研究提供了一种将塑料废物转化为有价值材料的方法，但对该技术在大规模应用时的环境影响和可持续性进行全面评估是必要的。

（4）工艺的规模化和经济性分析：研究提出了一种从塑料废物直接合成tFG的新方法。未来的研究可以集中在优化生产过程、降低成本以及探讨规模化生产的可能性。

（5）机制深入研究：虽然已经观察到tFG对复合材料性能的提升效果，但对其作用机制，包括在分子层面上的相互作用和分散性的深入理解仍有待进一步研究。

（6）对比其他石墨烯制备方法：将本研究提出的tFG合成方法与其他石墨烯制备技术进行比较，以评估其相对优势、局限性和应用潜力。

这些潜在的后续研究方向和改进点将有助于进一步推动塑料废物转化技术的发展，提升tFG及其复合材料的性能和应用范围，同时促进环境的可持续发展。