科学家从废轮胎提炼“石墨烯”,还把它加入水泥当超硬建材!

全球人类每年产生8亿个废轮胎,大部分会被烧掉,或是磨碎后重新利用,然而也有16%的轮胎进垃圾掩埋场,占据大量土地。近期,莱斯大学(Rice University)的研究团队优化一种工艺,能将轮胎中的碳转成石墨烯,并使用它们强化混凝土,不仅能处理废轮胎,也能降低混凝土制造的碳排放。研究团队将论文发布在《Carbon》期刊上。

研究团队从废轮胎提炼石墨烯

实验主导者James Tour与团队在2020年开发名为“闪光”(flash)的制程,通过电击厨余、塑胶与其他碳源的方式,去除碳原子以外的元素,并将碳原子重组成有价值的涡轮石墨烯(turbostratic graphene)。它们的错位层(misaligned layer)比从石墨中产生的石墨烯更容易溶解,因此更易于应用在复合材料中,例如添加到水泥中。

比起厨余或塑胶,从橡胶提炼石墨烯的挑战更大。Tour的研究团队通过废轮胎的热裂解(pyrolyzed)橡胶来优化这个过程。

研究团队处理废轮胎其中的炭黑(carbon black),将70%的材料转成石墨烯。为了增加导电性,研究团队将碎橡胶轮胎与普通碳黑混合,约47%的材料转成石墨烯。转换过程需要300毫秒到1秒之间的电脉冲,研究团队计算消耗的电力,处理1吨的碳,成本约为100美元。

水泥加入石墨烯,强度提升30%以上

提炼出石墨烯后,研究团队将它们与波特兰水泥(Portland cement)混合,制造圆柱体状的混凝土。固化7天后,该圆柱体的抗压强度提升了30%以上。

Tour表示,混凝土是全球生产最多的材料,但光是制造混凝土,就已经产生全球9%的二氧化碳排放量。Tour认为,若能减少混凝土的使用量,就能降低碳排放量。另外,若能回收废轮胎制造制造石墨烯,也能降低掩埋的废轮胎量。

因此Tour总结,从废轮胎提炼石墨烯并加到混凝土,其对环境的效益非常明显。若能成功量产,将能为节能减碳贡献一份力。

参考资料

《Carbon》、《PhysOrg》

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