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塑料垃圾制成石墨烯,这条环保之路行得通吗?

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1932020-11-16 收藏
“双 11” 的 “购物狂欢” 从之前的 11 月 11 日拉长到 1 - 11 日,玩法越来越复杂,而网民的购物热情似乎并未因此消退,快递小哥的工作量亦是如此。
穿梭于大街小巷的外卖 / 快递员背后,无疑是人民生活便利性的提高,另一方面,也是塑料垃圾产生量的大幅提升,尤其一次性使用的塑料制品更是成为城市生活垃圾的主要组成部分之一。
据了解,目前塑料废弃物的处理方式主要为填埋、焚烧、回收再利用等,其中填埋和焚烧均在不同程度上对生态环境和人类生命健康产生负面影响,而当前塑料废弃物的回收再利用率极低,中国循环经济协会会长祝兴祥曾在 2019 年表示,“全球 90 亿吨的塑料制品中,只有 9 % 被回收利用”。
对于塑料垃圾的回收再利用,近日一项最新研究成果或许能够提供新的路径。
10 月 29 日,James M. Tour 教授课题组在 ACS Nano 上发表获取石墨烯的最新研究成果时,提出一种回收塑料废弃物的方法。
将塑料废弃物与炭黑混合后的导电碳粉装在两个电极之间的石英管中,用交流电焦耳热闪蒸(AC-FJH)处理 8s(如下图),样品将释放碳低聚物和挥发物,在铜电极之间形成闪蒸石墨烯 (FG)。
而涡轮状石墨烯可以很容易地通过剪切而剥离,无需使用化学药品或高能机械进行预剥离。这也就意味着,该种制备石墨烯的方式价格相对低廉,具有较高的量产可行性。
同时,该过程需要的电力成本也较为乐观。
James M. Tour 教授课题组研究结果数据显示,1g 混合塑料废弃物可通过交流电焦耳热闪蒸方式转换为 0.18g 高质量石墨烯,共需要 23kJ 能量。经过计算可以得出,处理 1 吨塑料废弃物需要的电力成本为 124 美元(约为 825 元人民币),并可以获得 180 千克高质量石墨烯。
对比塑料废弃物回收再利用的传统方式,该技术的成本以及效果都具有一定的竞争力。且在解决 “废塑料回收再利用难” 的同时,能够在一定程度上破解 “石墨烯制备成本高” 难题。
谈及石墨烯,自 2004 年英国曼彻斯顿大学科学家 Andre Geim 和 Konstantin Novoselov 发现可以从石墨中剥离出石墨薄片,并最终得到一层碳原子结构的石墨烯后,科学家们探索如何获取石墨烯的身影便一直在。
石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,以及其在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有的重要应用前景也早已被科学家们发掘。
但由于目前石墨烯的主要制备方法 —— 剥离石墨 —— 需要大量的溶剂、高能机械剪切力或电化学处理等,不仅成本高,而且产率较低,这才限制了石墨烯的生产与使用。
其实,James M. Tou 教授课题组近日发表的获得石墨烯的方法也早在今年初就有了初步成果。
2020 年 1 月,美国莱斯大学 Boris I.Yakobson 和 James M. Tour 教授课题组在Nature 上发表其研究成果显示,可通过快速焦耳加热廉价碳源(如煤炭、生物炭、废弃食品、塑料废弃物等)的方式,在不到 1 秒的时间内获得克量级的石墨烯。生产过程不需要加热炉,不需要溶剂或反应气体,该种生产方式被称为焦耳热闪蒸技术(FJH),也正因为此,生产得到的石墨烯被命名为闪蒸石墨烯(FG)。

文章来源:DT新材料   如侵删
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