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废旧轮胎制成的石墨烯材料 有助增强混凝土性能

来源:  cnBeta.COM       发布时间:2021-3-30 17:49  |  

莱斯大学的一支研究团队,已经开发出了一种可将废旧轮胎转化为石墨烯的新方法,并且可在后续用于混凝土的制造。在践行环保的基础上,这套方案还可显著提升混凝土的坚固性能。具体说来是,通过所谓的“快速焦耳加热”方案,研究人员利用电击将几乎所有碳源快速加热到大约 2725 ℃(4940 ℉),从而将之转换为石墨烯薄片。

这是一种被称作“涡轮层石墨烯”的材料形式,由于片层之间未能完全对齐,所以材料更加易溶、能够轻松地集成到复合材料中。

早在去年,研究团队已通过食物和塑料废弃物的技术演示。现在,他们又将目光转移到了废弃轮胎上。

先前将轮胎直接转化为石墨烯的努力,并未取得最佳的结果。不过在新研究中,他们转向了经过通用回收过程后剩下的材料。

所谓热解,涉及在低氧环境中对轮胎进行燃烧处理,产物是一种对一系列工业流程都非常实用的油料,以及难以找到新应用场景的固体碳残留物。

好消息是,莱斯大学研究团队发现,这种炭黑衍生物是生产闪蒸石墨烯的理想选择。

在快速焦耳加热处理过程中,约有 70% 的材料被转化为石墨烯,而碎轮胎橡胶和商用炭黑混合物的产率在 47% 左右。

接着,研究团队演示了一种石墨烯材料的特殊用例。在水泥中按照 0.1 wt% 和 0.05 wt% 的比例分别添加了石墨烯 / 炭黑+碎橡胶混合物后,制成的混凝土圆柱体的抗压强度提升了 30% 左右。

研究合著者 Rouzbeh Shahsavari 表示:强度的增加,一部分部分归功于 2D 石墨烯的晶种效应(可让混凝土更好地生长)、另一部分则归因于后期的增强作用。

综上所述,这项技术不仅可以显著增强混凝土的性能,还具有相当多的环境效益 —— 除了减少被垃圾场填埋的废旧轮胎,额外的材料强度还可减少建筑结构中所需的混凝土量。

研究另一主要合著者 James Tour 指出,混凝土是世界上产量最大的材料,仅其产生的二氧化碳排放量就占了全世界的九成。

若我们可在道路、建筑物和桥梁中使用较少的混凝土,便可从根源上就达成显著的减排目标。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《碳》(Carbon)期刊上,原标题为《Flash Graphene from Rubber Waste》。

(编辑:于思洋

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