从橡胶废料中提取闪蒸石墨烯
点击:0 时间:2022-10-24 16:26:41
根据美国轮胎制造商协会的数据,美国43%的废轮胎被用作燃料,25%用于地面橡胶,16%被储存在垃圾填埋场,剩余的材料则应用在各种土木工程建设。每年,全世界会产出超过8亿辆汽车的废轮胎。这些轮胎大部分被放进垃圾填埋场或用作燃料燃烧。由于缺乏针对橡胶废料的高价值回收产品,这表明需要新的方法来处理这些废料。
在2021年3月美国莱斯大学Tour课题组发表了一篇关于从橡胶废弃物中提取闪蒸石墨烯的文章。在该文章中提到将热橡胶源放置在两个石墨塞之间,并与铜电极进一步接触,如下图所示。然后,通过脉冲对样品放电,使材料在不到0.5s内达到3000K左右。这将导致C-C键断裂并重新排列成高质量的石墨烯。通过仔细控制系统参数,如脉冲电压和脉冲时间,可以从橡胶废料中生产出涡轮闪蒸石墨烯(tFG)。
混凝土是世界上消耗最多的材料,对环境也有深远的影响。水泥生产占全球能源使用总量的2-3%,占全球年度工业用水量的9%。生产1吨水泥会产生等量的二氧化碳排放。因此,水泥生产占了人为二氧化碳排放量的8-9%。如此看来,提高胶凝材料的性能以减少这些成分的消耗是非常可取的。多种增强添加剂,如玻璃纤维、碳纳米管和石墨烯已被应用于混凝土复合材料中,以提高力学性能。
另外,FJH工艺可将低价值橡胶废料转化为高价值碳纳米材料,并作为增强添加剂。通过对FJH工艺的优化,橡胶废料已成功转化为tFG。改变FJH过程的脉冲电压和脉冲时间导致tFG具有较高的I2D/IG比值。拉曼光谱和XRD结果表明,所得到的FG是涡轮增压的。
在含有1%Pluronic F-127的水中,tFG比AB堆叠的碳材料更容易分散。tFG在各种溶剂中也能有效地分散很长一段时间。如下图所示,7天后,使用0.1wt%橡胶废料衍生炭黑(TCB)生产的tFG以及0.05wt%炭黑和橡胶轮胎混合物(CB:SRT)生产的tFG,抗压强度分别提高了34%和30%,28天后,抗压强度分别提高了31%和30%。这表明,tFG可能更好地分散在水泥或塑料复合材料中,从而产生更强的复合材料。
在水泥中加入tFG可以显著提高复合材料的抗压强度,这可能会减少与水泥生产相关的能源使用和温室气体排放。最后,用FJH方法生产tFG每吨橡胶废料的能源成本低于100美元,这使得FJH方法在批量生产tFG方面具有吸引力,同时提供了一种极好的方法来处理其他有害的环境污染物。
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