瀝青是原油生產的副產品,是一種有潛力的廢料。萊斯大學的科學家們決心通過將富含碳的資源轉化為有用的石墨烯來找到它。
萊斯大學圖爾實驗室材料科學和納米工程助理研究教授穆罕默德·拉赫曼(Muhammad Rahman)利用快速加熱工藝,將瀝青立即轉化為石墨烯(離散型),并將其混合成復合材料,用于防腐涂料和3D打印。
這一過程充分利用了作為燃料或丟棄到尾礦池和垃圾填埋場燃燒后再利用的材料。若將世界上存儲量超過1萬億桶的瀝青中的至少一部分用作石墨烯的原料,對環保的貢獻可想而知。
瀝青當中的碳含量已達到70%至80%。萊斯大學圖爾實驗室將其與約20%的炭黑結合,以增加導電性,并用電脈沖處理,僅一秒鐘就可將其轉化為石墨烯。原料中的其他元素(包括氫、氮、氧和硫)生成氧化物氣體隨即排出。目前,該實驗室的研究人員正在研究盡量降低炭黑添加量,來達到制備石墨烯的效果,以最大限度地利用瀝青。
美國政府一直在向石油行業施加壓力,要求他們處理好石油副產物瀝青的問題,美國有超過數十億桶的瀝青可用,因此這個項目的意義很大。最初的研究方向是證明瀝青用于制造碳纖維的可能性。隨著研究的深入,科學家發現可以用快速加熱工藝將瀝青轉化為石墨烯。
研究人員確信,快速加熱工藝在瀝青上的效果與在其他各種原料上的效果一樣,包括塑料、電子垃圾、輪胎、煤灰甚至汽車零部件,這些生產廢棄物均可能用于石墨烯的制造。
與拉赫曼(Rahman)和阿賈揚(Ajayan)一起工作的薩阿迪(Saadi)將石墨烯用于制備復合材料,然后混合成3D打印機用的聚合物油墨。該研究團隊已經優化了油墨的流變性,以表明其印刷的可行性,并且油墨中的石墨烯含量不超過10%。同時,該研究團隊即將對印刷品進行機械測試。
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