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【欧亿注册地址】人们发现现在可以将塑料垃圾回收成超强石墨烯

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杂货店的包装,衣服的材料,塑料购物袋,塑料和微塑料无处不在。实际上,要在垃圾填埋场中分解需要数百年的时间。为了加快分解过程,莱斯大学的科学家正在将这些废弃的塑料转变成无毒的天然材料。研究人员通过使用一种新开发的技术(称为“快速焦耳加热”)将塑料材料快速加热到很高的温度来实现。

当前,有几种塑料回收技术被广泛使用,但结果却不尽相同。例如,塑料袋是塑料废物流的巨大贡献者,废物收集公司估计,仅在美国,每年就使用超过10亿个塑料袋。更令人震惊的是,每个塑料袋平均使用不到一小时。当前,回收塑料袋的最常见方法是将其压缩成复合材料或小颗粒,这些材料可用于建筑材料。尽管这是重复使用一次性塑料的绝佳方法,但这种塑料仍不可降解。

相比之下,“快速焦耳加热”方法将塑料变成石墨烯,石墨烯具有很高的可回收性和非常的稳定性。石墨烯本身具有极强的韧性和可拉伸性,比钢强200倍。石墨烯是石墨的单层形式,石墨是一种天然存在的碳基矿物,通常被生产为铅笔芯。通常,开采石墨,然后机械加工以分离其各层,从而形成石墨烯。但是,获得石墨可能很昂贵。通过从塑料废料中直接产生石墨烯,可以降低其生产成本。重要的是,降低的生产成本可以导致在学术研究之外广泛使用石墨烯,随着生产成本的降低,可以将石墨烯添加到混凝土中,橡胶或沥青以提高强度和性能。像这样的创新将使石墨烯更广泛地用于商业用途。

除了降低石墨烯的生产成本外,使用塑料生产石墨烯也对环境产生重大影响。首先,高水平的污染是由石墨开采引起的。直接从塑料中生成石墨烯可能会破坏石墨供应链,从而降低采矿活动并减少采矿造成的污染。其次,这种石墨烯生产技术具有通过减少塑料废物来转化垃圾填埋场的能力。研究表明石墨烯可以在几个月内分解,这比其他普通塑料要快得多。最终,实验室生产石墨烯有可能对环境产生巨大影响。

为了将塑料转化为石墨烯,需要执行一些关键的中间步骤。首先,必须将塑料废料切成足够小的材料块来导电。大块塑料通常具有电阻性,这意味着它们不能导电。但是,通过将废塑料切成最佳尺寸,它可以导电。在此初始处理之后,将极高的电流施加到塑料上,非常快地对其进行加热。这种热爆发使塑料发生化学转变,从而生成质量较低的石墨烯以及一些氢和碳氢化合物。然后可以将劣质石墨烯闪蒸或再次快速加热,从而制得高质量的石墨烯。

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该论文的作者Wala Algozeeb解释说,从塑料废料中获得高质量的石墨烯最初是一个挑战。她说:“在最初,要从塑料废料中获得高质量的石墨烯是一项挑战,因为挥发物在闪蒸时产生。我们很幸运有一个伟大的团队,他们考虑使用两种电流(交流+直流)来提高质量。”

为了生产高质量的石墨烯,必须优化通过样品的电流。最好的石墨烯是通过结合使用交流电和直流电而制成的。首先,将交流电(电流方向周期性切换)施加到塑料上八秒钟。交流电可使塑料达到足够高的初始温度以形成石墨烯,并有助于在脉冲之间进行快速冷却。交流电独有的快速冷却步骤可防止新形成的石墨烯堆叠成层。但是,这种交流电会产生初始的低纯度石墨烯。

除了优化电流外,另一个挑战是确定将塑料切成何种尺寸。为了加热样品,电流需要能够流过整个样品,而不仅仅是一部分。但是,相比之下,当塑料片小于50微米(1/20毫米)时,它们只是从闪蒸室中掉出来。为了解决这个问题,研究人员测试了一系列塑料晶粒尺寸。经过测试后,他们发现粒径在1到2毫米之间的塑料粉末是该工艺的理想选择。

这个研究小组的初创公司Universal Matter致力于开发闪焦加热装置,以工业规模回收塑料废料。与普通的塑料回收技术相比,该技术具有一些主要优点。一个好处是,快速焦耳加热不需要对塑料材料进行任何化学预处理,这意味着塑料可以简单地破碎成小块并加热,而无需使用任何其他刺激性化学物质。此外,直接向样品施加电流会产生与使用熔炉非常相似的结果,但由于不需要对外界环境进行高温加热,因此更加节能。科学家估计,这项技术将一吨塑料废料转化为石墨烯只需花费124美元。路边回收计划每吨的成本可能高达150美元,无论如何,大量塑料最终会进入垃圾填埋场。除了具有可比的成本外,就从垃圾填埋场转移塑料废物而言,这样的替代回收技术的发展可能是巨大的。

研究人员建议,他们将塑料转化为石墨的策略将能够在工厂和回收工厂中广泛实施。Algozeeb说:“我们认为闪速石墨烯的未来很大,尤其是在废物管理领域。鉴于我们的石墨烯价格可承受,我们认为它将用作水泥,聚合物和沥青道路的添加剂。”

市场报告预测,未来五年石墨烯市场将增长40%。加上美国产生的垃圾量增加(2018年塑料约3500万吨),类似的发展似乎已准备好从实验室移至现实世界。

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