旧轮胎变石墨烯:新工艺制出更坚固混凝土

  据外媒报道,莱斯大学实验室优化的闪蒸工艺可以减少碳排放。这可能是真正发挥作用的地方。据悉,莱斯大学的科学家优化了一种工艺,他们将橡胶轮胎的废料转化为石墨烯进而可以用来加强混凝土。

  化学家James Tour表示,在混凝土中添加石墨烯的环境效益是显而易见的,“混凝土是世界上生产最多的材料,它产生的二氧化碳占世界的9%。如果我们在道路、建筑和桥梁中减少使用混凝土,那么我们就可以在一开始就消除一些排放。”

  回收的轮胎废料已经被用作硅酸盐水泥的组成部分,但石墨烯已被证明可以在分子水平上增强胶凝材料--其中包括混凝土。

  据悉,每年有8亿个轮胎被丢弃,其中大部分被用作燃料或其他用途,而其中有16%最终则是被扔进垃圾填埋场了的。

  Tour说道:“即使回收其中的一小部分石墨烯也会让数百万轮胎不用进入垃圾填埋场。”

  Tour和他的同事在2020年推出的“闪蒸”工艺已被用于转换食物垃圾、塑料和其他碳源。它们被暴露在一波电流中,然后被除去除了碳原子以外的所有物质。之后,这些原子被重新组装成有价值的涡轮层石墨烯,其错位层比石墨剥离产生的石墨烯要更容易溶解。这使得它更容易在复合材料中得到使用。

  事实证明,将橡胶转化为石墨烯比将食品或塑料转化为石墨烯更具挑战性,但该实验室通过使用从轮胎中提取的商用热解废橡胶来优化这一过程。Tour指出,在从废轮胎中提取有用的油之后,这些碳残渣的价值到目前为止几乎为零。

  轮胎衍生的炭黑或橡胶碎片和商用炭黑的混合物都可以被闪蒸进石墨烯中。由于涡轮增压石墨烯是可溶的,所以它可以很容易地被添加到水泥中以制成更环保的混凝土。

  由Tour和C-Crete Technologies的Rouzbeh Shahsavari联合领导的这项研究已将研究文章发表在了《Carbon》上。

  莱斯实验室对轮胎衍生的炭黑进行了闪蒸处理,结果发现约70%的材料转化成了石墨烯。当闪蒸橡胶轮胎屑跟普通炭黑混合以提高电导率时,约有47%转化为石墨烯。除了碳之外的其他元素也被用于其他用途。

  电脉冲持续时间在300毫秒到1秒之间。该实验室计算出,转换过程中使用的电力将消耗约100美元/吨的初始碳。

  研究人员将少量的轮胎衍生石墨烯跟波特兰水泥混合用于生产混凝土圆柱体。经过7天的固化测试,圆柱的抗压强度提高了30%或更高。28天后,0.1 wt%的石墨烯足以使两种产品的强度至少增加30%。

  Shahsavari表示:“这种强度的提高,部分原因是2D石墨烯的播种效应有助于更好地生长出水泥水合物产品,部分原因是后期的增强效应。”

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