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莱斯大学实验室用塑料制成的闪光石墨烯最初是从回收商那里收到的消费后塑料。然后与炭黑混合,通过交流和直流定时脉冲电加工成涡轮式石墨烯。(资料来源:旅游团体/莱斯大学)
莱斯大学实验室用塑料制成的闪光石墨烯最初是从回收商那里收到的消费后塑料。然后与炭黑混合,通过交流和直流定时脉冲电加工成涡轮式石墨烯。(资料来源:旅游团体/莱斯大学)

文摘:
多亏了ACDC,塑料垃圾变成了黑色的原始石墨烯。

闪电石墨烯岩石塑料废物战略:赖斯大学实验室绕过潜在的环境危害,成为有用的材料

休斯顿,TX |发布于2020年10月30日

这就是莱斯大学的科学家们所称的有效利用废弃塑料的过程,否则会加重地球的环境问题。在这种情况下,水稻化学家James Tour的实验室改进了制备闪光石墨烯的方法,以增强其回收塑料成石墨烯的能力。

该实验室的研究发表在美国化学学会期刊《ACS纳米》上。

简单地说,在最初的过程中,实验室不是用直流电提高碳源的温度,而是先将塑料垃圾暴露在大约8秒钟的高强度交流电中,然后再进行直流电击。

这些产品是高质量的涡轮增压石墨烯。石墨烯是一种有价值的可溶物质,可用于增强电子器件、复合材料、混凝土和其他材料,以及碳低聚体,这种分子可以从石墨烯中释放出来用于其他应用。

“我们在闪灯过程中也生产出相当数量的氢,这是一种清洁燃料,”赖斯大学的研究生、论文的主要作者瓦拉·阿尔戈兹伊布说。

Tour估计,在工业规模下,ACDC工艺生产石墨烯的成本约为每吨塑料废料125美元。

图尔说:“我们在原始论文中表明塑料可以转化,但石墨烯的质量并没有达到我们的期望。”现在,通过使用不同的电脉冲序列,我们可以看到有很大的不同

他指出,世界上大多数塑料回收技术都是无效的,生产出来的塑料只有9%被回收。图尔说,其中最臭名昭著的是在太平洋上形成的一个塑料垃圾岛,面积有德克萨斯州那么大。

他说:“我们必须解决这个问题。还有另一个问题: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阻碍,它们正在逆转这个过程,将氧气转化为二氧化碳。这对人类来说将是非常糟糕的

图尔指出,闪光焦耳转换消除了与回收塑料有关的大部分费用,包括需要能源和水的分类和清洁。他说,与其将塑料回收成每吨2000美元的小球,还不如将其升级为石墨烯,后者的价值要高得多。有经济和环境方面的激励

图尔说,尽管有大量的塑料原料,但拥有过多的石墨烯并不是问题。他说:“不管你用碳做什么,一旦你把它从地下的石油、天然气或煤中提取出来,它最终会进入二氧化碳循环。”石墨烯的优点是它在许多条件下的生物降解非常缓慢,所以在大多数情况下,它要几百年才能重新进入碳循环

他指出,研究人员正在努力改进石墨烯闪光工艺用于其他材料,特别是用于食物垃圾。他说:“我们正在努力创造一个良好的脉冲序列,将食物垃圾转化为高质量、排放尽可能少的石墨烯。”我们重新使用机器学习程序来帮助我们知道该去哪里

在这项新研究之前,最近的另一篇论文描述了通过直流电焦耳加热由炭黑产生的石墨烯。那篇同样发表在ACS纳米期刊上的论文结合了显微镜和模拟技术,展示了两种不同的形态:涡轮式石墨烯和褶皱石墨烯片。该研究描述了重新排列的碳原子是如何以及为什么会以一种或另一种形式出现的,并且可以通过调整闪光的持续时间来控制比例。

这项研究的共同作者是莱斯大学研究生Paul Savas和Weiyin Chen,博士后研究助理Duy Luong和研究科学家Carter Kittrell;赖斯共享设备管理局和C-Crete技术公司的Mahesh Bhat;c -克里特岛总统Rouzbeh Shahsavari。Tour是Rice大学的T.T.和W.F. Chao化学教授,同时也是计算机科学、材料科学和纳米工程教授。

美国空军科学研究办公室和能源部为这项研究提供了支持。

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关于莱斯大学
赖斯大学位于休斯顿,占地300英亩,森林覆盖。根据《美国新闻与世界报道》,赖斯大学一直名列美国大学前20名。赖斯拥有非常受人尊敬的建筑、商业、继续学习、工程、人文、音乐、自然科学和社会科学学院,是贝克公共政策研究所的所在地。莱斯大学有3978名本科生和3192名研究生,本科生与教师的比例不到6比1。它的住宿学院体系建立了紧密的社区和终生的友谊,这也是为什么赖斯在种族/阶层互动和《普林斯顿评论》(Princeton Review)的生活质量方面排名第一的原因之一。赖斯大学也被Kiplinger的个人理财机构评为最具价值的私立大学。

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