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Prof. James M.Tour

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仅需8秒,塑料废弃物变成石墨烯

点击:0 时间:2024-04-18 11:17:04

莱斯大学James M. Tour教授课题组2020年在《ACS Nano》上发表了论文“Flash Graphene from Plastic Waste”。

Flash Graphene from Plastic Waste.

图片2024

一、亮点/创新点

本篇文献的亮点和创新点主要包括:

(1)提出了一种通过闪蒸焦耳热法(FJH)将塑料废弃物(PW)高效转化为闪蒸石墨烯(FG)的方法。

(2)该方法先将塑料废弃物(PW)在高强度交流电(AC)下处理大约8秒,然后直流(DC)震荡,用闪蒸焦耳热法(FJH)将塑料废弃物(PW)变成具有涡轮层的闪蒸石墨烯(FG)。

(3)这一过程不仅能转化塑料废弃物(PW)为高质量的石墨烯,还产生碳低聚物、氢气和轻质碳氢化合物,具有环境友好和成本效益。

(4)通过交流电和直流电的交替能够生产出具有大层间距、易于在液体和复合材料中分散的高质量FG,展示了该技术在提升塑料废弃物价值、减少环境污染方面的巨大潜力。

图片2024

二、研究背景

本篇文献的研究背景可以概括为以下几点:

(1)塑料废弃物(PW)的污染已成为21世纪最紧迫的环境问题之一。大量塑料废弃物最终进入垃圾填埋场和海洋,形成微塑料和纳米塑料,威胁海洋生物、微生物和人类等。

(2)现有的塑料回收方法,如化学回收法,有着许多问题,如成本高、效率低、应用范围有限等。

(3)石墨烯具有独特的性能和广泛的应用潜力,但其生产过程中面临着挑战,特别是在环境友好和成本效率方面。

(4)需要一种新方法,以提高塑料废弃物的回收利用率,同时生成具有高附加值的产品,如石墨烯,进而实现经济与环境双重效益。

三、研究方法

本篇文献的研究方法包括以下几个关键步骤:

(1)将塑料废弃物(PW)研磨成1-2毫米粉末,掺杂5 wt%的导电炭黑形成导电混合物。

(2)交流焦耳热(AC-FJH):对样品施加120 V,60 Hz的交流电约8秒。

(3)直流焦耳热(DC-FJH):在交流焦耳热(AC-FJH)处理之后,对样品进行直流焦耳热(DC-FJH)处理。由10个450V和60mF的电容器组成的电容器组充电至110V,在500毫秒的放电时间以获得高质量的FG。

四、研究结果和主要结论

本篇文献的研究结果和主要结论概括如下:

(1)使塑料废弃物在大约8秒钟的高强度交流电中处理,然后进行直流震荡,通过闪蒸焦耳热技术将塑料废弃物变成具有涡轮层的闪蒸石墨烯(FG)外,还会产生碳低聚物、氢等。

(2)处理每吨塑料废弃物约125美元(约848元人民币)的电力成本,同时可以获得180千克高质量石墨烯,具有明显经济优势。

五、后续研究改进

根据研究内容和结果,可以推测一些可能的后续研究方向:

(1)优化石墨烯的产量和质量:通过进一步研究不同类型塑料废弃物对产物性质的影响,以及调整加工参数(如电流强度、加热时间等),寻找最佳的生产条件。

(2)研究石墨烯的应用领域:扩大石墨烯应用的研究,特别是在能源存储、复合材料、环境治理等方面的应用,探索其在实际中的效能和效率。

(3)环境影响评估:深入分析该技术的环境影响,包括生命周期分析(LCA),评估其在减少塑料污染和碳足迹方面的实际效果。

(4)经济性分析:进行详细的成本效益分析,包括生产成本、潜在市场价值以及与传统塑料处理和石墨烯生产方法的比较,以评估其商业可行性。

(5)副产品的利用:研究生产过程中产生的碳低聚物、氢气和轻质碳氢化合物的有效利用途径,以实现资源的全面利用和零废弃。

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脉冲赛因电闪蒸反应器FJH-2024A

太原赛因新材料科技有限公司经过两年的设计和改进,研发出世界上最先进的脉冲闪蒸焦耳热反应器。

本反应器有以下特点和优势:

(1)在国内首家实现了闪蒸焦耳热制备石墨烯和其它新型材料。 

(2)实现了电压、电流、温度毫秒级检测,可以得到精确的反应条件。

(3)可以使用基于石英管的直接焦耳热反应架,也可以使用基于加热平台的间接焦耳热反应架,还可以使用微型真空管的焦耳热蒸馏反应装置。

(4)自动化控制各种放电参数,可以将克级原料在1秒内最高升温到4000℃,可以在3000℃内精确控制加热温度,可以毫秒控制放电达到3000℃热冲击,为广大材料研究人员提供了一种新的加热利器。

演示文稿1_02

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