石墨烯的最新研究成果,提出一種回收塑料廢棄物的方法

2020-12-05 電子發燒友

石墨烯的最新研究成果，提出一種回收塑料廢棄物的方法

DeepTech深科技 發表於 2020-11-20 15:56:29

「雙 11」 的 「購物狂歡」 從之前的 11 月 11 日拉長到 1 - 11 日，玩法越來越複雜，而網民的購物熱情似乎並未因此消退，快遞小哥的工作量亦是如此。

穿梭於大街小巷的外賣 / 快遞員背後，無疑是人民生活便利性的提高，另一方面，也是塑料垃圾產生量的大幅提升，尤其一次性使用的塑料製品更是成為城市生活垃圾的主要組成部分之一。

據了解，目前塑料廢棄物的處理方式主要為填埋、焚燒、回收再利用等，其中填埋和焚燒均在不同程度上對生態環境和人類生命健康產生負面影響，而當前塑料廢棄物的回收再利用率極低，中國循環經濟協會會長祝興祥曾在 2019 年表示，「全球 90 億噸的塑料製品中，只有 9 % 被回收利用」。

對於塑料垃圾的回收再利用，近日一項最新研究成果或許能夠提供新的路徑。

10 月 29 日，James M. Tour 教授課題組在 ACS Nano 上發表獲取石墨烯的最新研究成果時，提出一種回收塑料廢棄物的方法。

將塑料廢棄物與炭黑混合後的導電碳粉裝在兩個電極之間的石英管中，用交流電焦耳熱閃蒸（AC-FJH）處理 8s（如下圖），樣品將釋放碳低聚物和揮發物，在銅電極之間形成閃蒸石墨烯 （FG）。

FG 在堆疊的石墨烯層之間顯示出渦輪層排列結構（如下圖）。

而渦輪狀石墨烯可以很容易地通過剪切而剝離，無需使用化學藥品或高能機械進行預剝離。這也就意味著，該種製備石墨烯的方式價格相對低廉，具有較高的量產可行性。

同時，該過程需要的電力成本也較為樂觀。

James M. Tour 教授課題組研究結果數據顯示，1g 混合塑料廢棄物可通過交流電焦耳熱閃蒸方式轉換為 0.18g 高質量石墨烯，共需要 23kJ 能量。經過計算可以得出，處理 1 噸塑料廢棄物需要的電力成本為 124 美元（約為 825 元人民幣），並可以獲得 180 千克高質量石墨烯。

對比塑料廢棄物回收再利用的傳統方式，該技術的成本以及效果都具有一定的競爭力。且在解決 「廢塑料回收再利用難」 的同時，能夠在一定程度上破解 「石墨烯製備成本高」 難題。

談及石墨烯，自 2004 年英國曼徹斯頓大學科學家 Andre Geim 和 Konstantin Novoselov 發現可以從石墨中剝離出石墨薄片，並最終得到一層碳原子結構的石墨烯後，科學家們探索如何獲取石墨烯的身影便一直在。

石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，以及其在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有的重要應用前景也早已被科學家們發掘。

但由於目前石墨烯的主要製備方法 —— 剝離石墨 —— 需要大量的溶劑、高能機械剪切力或電化學處理等，不僅成本高，而且產率較低，這才限制了石墨烯的生產與使用。

其實，James M. Tou 教授課題組近日發表的獲得石墨烯的方法也早在今年初就有了初步成果。

2020 年 1 月，美國萊斯大學 Boris I.Yakobson 和 James M. Tour 教授課題組在 Nature 上發表其研究成果顯示，可通過快速焦耳加熱廉價碳源（如煤炭、生物炭、廢棄食品、塑料廢棄物等）的方式，在不到 1 秒的時間內獲得克量級的石墨烯。生產過程不需要加熱爐，不需要溶劑或反應氣體，該種生產方式被稱為焦耳熱閃蒸技術（FJH），也正因為此，生產得到的石墨烯被命名為閃蒸石墨烯（FG）。

責任編輯：lq

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 塑料垃圾8秒變石墨烯,能減少「白色汙染」嗎?
    據了解，目前塑料廢棄物的處理方式主要為填埋、焚燒、回收再利用等，其中填埋和焚燒均在不同程度上對生態環境和人類生命健康產生負面影響，而當前塑料廢棄物的回收再利用率極低，中國循環經濟協會會長祝興祥曾在 2019 年表示，「全球 90 億噸的塑料製品中，只有 9 % 被回收利用」。
  • 僅需8秒，塑料垃圾變身石墨烯，一舉兩得，有望解決兩大世界難題
    塑料廢棄物汙染是21世紀最為緊迫的環境問題之一，但大部分進入填埋場和海洋，嚴重威脅人類的生態環境和生命健康。石墨烯作為新型的二維碳材料，其製備方法主要通過剝離石墨獲得，該過程需要大量的溶劑、機械剪切力和電化學處理等，產率較低，成本較高，限制了其應用。
  • 僅需8秒，塑料垃圾變身石墨烯，一舉兩得有望解決兩大世界難題
    石墨烯作為新型的二維碳材料，其製備方法主要通過剝離石墨獲得，該過程需要大量的溶劑、機械剪切力和電化學處理等，產率較低，成本較高，限制了其應用。美國萊斯大學James M. Tour教授課題組通過廉價的焦耳熱閃蒸技術可將任何碳源，無論是炭黑、石油瀝青、煤炭、輪胎還是塑料垃圾，統統在不到100毫秒的時間內變成克級石墨烯，實現了「變廢為寶」。
  • 固體廢棄物的處理方法及固體廢棄物資源化利用研究
    2固體廢棄物處理方法2.1傳統處理方法2.1.1土地填埋土地填埋法是在地面上建造經過特殊防滲透工藝處理的相對封閉的設施內貯存固體廢棄物，防止其汙染土壤或水體。土地填埋法的優點是處理量大、便於管理、成本低廉及適應性強，常用於經濟不夠發達而土地資源豐富的地區。
  • 最新研究指出:水下海草場可以捕獲並提取海洋塑料廢棄物
    施普林格·自然旗下開放獲取學術期刊《科學報告》最新發表的一項環境研究論文指出，水下海草場可以捕獲並提取海洋塑料廢棄物，將其帶到岸邊，從而幫助清除海洋裡的塑料垃圾。該論文指，此前研究顯示，大部分塑料最後都沉到了海底，但有一些塑料被衝回岸邊，不過，尚不清楚為何會出現這種情況。海草場廣泛分布在淺海水域，能幫助捕獲並纏住來自海床的沉積物顆粒。
  • 回收利用新方法，電子廢棄物變身鋼材防護膜
    一項新的研究發現，電子廢棄物可以被回收，製成堅固的鋼材防護膜。然而，這種方法不適用於複雜的垃圾，如電子垃圾，因為它包含許多不同的材料，不容易分離。由於製成材料的複雜性和多樣性，因此，分離不同的材料並去除有害材料對於電子垃圾之類並不可行。儘管回收起來很困難，但就目前的情形來看，回收電子垃圾還有很多原因。例如，聯合國發現，2016年全球產生的電子垃圾總量為4470萬公噸，預計到2021年將增至5220萬公噸。
  • 國內ABS塑料電鍍件回收工藝研究進展
    中國電鍍助劑網邱祖民，劉鍾薇    （南昌大學環境科學與工程學院南昌330031）     摘要：綜述了國內ABS塑料電鍍件回收工藝的研究進展,重點介紹了目前國內回收本文將對目前國內ABS塑料電鍍件的回收方法進行介紹。     1·ABS塑料電鍍件回收的理論基礎     1.1 金屬與塑料的分離方法     金屬與塑料的分離方法主要有:     （1）金屬捕集器：將粉碎的廢棄物經管道輸送，在傳送過程中使用金屬捕集器將直徑為0.75～1.2mm的金屬碎屑分離出來。
  • 《科學》雜誌子刊最新研究:美國成為世界最大塑料垃圾製造者
    近日發布於國際學術期刊《科學進展》的一項最新研究指出，美國把塑料垃圾汙染問題歸咎於亞洲國家，但美國才是世界上最大的塑料垃圾製造者。美國2016年製造的塑料垃圾量在全世界排名第一，達4200萬噸；年度人均製造塑料垃圾130.1公斤。美國雖然只有世界總人口的4%，卻製造了世界上17%的塑料垃圾。美國是世界第二大塑料垃圾出口國。
  • 提供石墨烯解決方案 提升汽車輪胎回收利用
    汽車輪胎損耗 目前使用的輪胎中大約含有19%的天然橡膠、24%的塑料聚合物及其他化合物。隨著越來越多的廢舊橡膠輪胎變成汙染物，其回收問題越來越受到關注。2017年的一項研究表明，美國的人均輪胎磨損量最多，估計每年有180萬噸微塑料。
  • 新型催化劑 可將普通塑料廢棄物轉化為燃料和蠟
    新型催化劑 可將普通塑料廢棄物轉化為燃料和蠟2021-01-06 21:58出處/作者：cnBeta.COM整合編輯：佚名責任編輯：zhaoyongyu1 　　儘管塑料在我們的日常生活中十分有用，但它們卻很難被回收利用，這意味著大多數塑料最終會被填埋或汙染環境。
  • 新材料|無限可回收聚合物凸顯塑料優異性能
    目前合成聚合物包括塑料，當然還有纖維、陶瓷、橡膠、塗料以及眾多其他商業產品。其中，塑料作為一種價格便宜、攜帶輕便而且較為耐用的有機合成高分子材料，應用非常廣泛。出於同樣的原因，廢棄塑料帶來的「白色汙染」也越來越嚴重。近年來，科學家們在無廢棄物技術的研究上已經取得了顯著成果，相信不久的將來，可持續材料將與傳統塑料展開激烈競爭。
  • 研究人員提出一種石墨烯增強燃料電池的新設計
    倫敦大學學院、倫敦瑪麗皇后大學和柏林洪堡大學的研究人員提出了一種以石墨烯為關鍵成分的氫燃料電池是一種將化學能轉化為電能的方法，它的副產品只有一種——水。因此，它們不僅清潔、可再生，而且無毒。這種燃料電池依靠所謂的聚合物電解質膜(PEM)來工作——這是一種屏障，可以同時允許質子傳導，分離氣體，並將燃料電池的電極電絕緣。在用於構建這種膜的材料中，被稱為電極支撐材料，石墨烯處於領先地位。耐腐蝕，導電性能好，表面積大。
  • 全球每年僅有10%塑料被回收利用
    陳國強列出一份最新的統計數據：目前全球每年僅一次性塑料製品就達1.2億噸，其中只有10%被回收利用，另外約12%被焚燒，超過70%被丟棄到土壤、空氣和海洋中。我國土壤中僅每年殘留的農膜就高達35萬噸，殘膜率42%。大量農膜殘留在農田0~30釐米的耕作層中，給農業生產和食品安全帶來了巨大的威脅。
  • 科學家提出氧化石墨烯綠色製備方法
    氧化石墨烯是一種重要的石墨烯衍生物，最初主要作為宏量製備石墨烯的前驅體，近年來由於其不同於石墨烯的諸多獨特物理化學性質和廣闊應用前景而越來越受到人們的重視
  • 美國TLC開發出一種直接將石墨加入塑料生產石墨烯複合料的技術
    美國羅格斯大學成功研發直接用石墨加入塑料製成石墨烯複合料的方法，後授權予TLC Products石墨的添加量在1%到30%範圍內，同時石墨烯剝離的程度是可控的。另外，該量產機可定製化生產特定石墨和石墨烯添加量的塑料產品。4. 均勻度 — 在製程中，石墨烯不斷由石墨剝離出來，而後立即與液態的塑料混合。這可以有效防止石墨烯團聚，保證石墨烯在複合料中均勻分布。5.
  • 新型塑料回收技術幫助多層塑料回收再利用
    ，需要將他們先分離再回收，常規的回收方法很難實現這樣的操作，所以，幾乎所有熱塑性塑料最終都被送到填埋場或焚化爐中。例如，裝飲料的塑料瓶，瓶身和表面的貼膜都可以稱之為塑料，但實際上瓶身主要是聚酯（PET）、聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP），而貼膜主要是聚氯乙烯（PVC），所以瓶身和貼膜的回收方法大不相同，假如不分離而直接回收，PVC分解產生的物質可能還會影響PET回收再利用的質量。
  • 冶金工業固體廢棄物資源化研究
    所以我們應參照發達國家在冶金固體廢棄物管制方面的經驗，並結合我們中國國情，取其精華去其糟粕，開發適合我國國情的固體廢渣處理新技術。一、冶金工業固體廢物的資源化資源化是採用管理和工藝措施等實現固體廢棄物無害化、綜合利用的最主要方法中的一種。
  • 塑料廢棄物也可以變成超級電容
    如何在塑料再生之路創造最大效益？美國加州大學河濱分校（UCR）想透過塑料製作出備受看好的儲能技術：超級電容，或許能增加塑料回收的吸引力。過去 UCR 團隊一直都在挖掘海灘砂、玻璃瓶、兒童玩具的再利用用途，抑或是利用雙孢蘑菇等植物開發生質能源，UCR 電機工程教授 Mihri Ozkan 表示，預計 2040 年路上跑的車輛會有 30% 是電動車，將來電池材料會是一大挑戰，若電池或是儲能系統的原料能來自垃圾掩埋場的廢棄物或是塑料，不僅能降低成本，也可以讓製造過程更加永續。
  • 我國石墨烯基礎研究領獲取得新成果
    科技日報記者 張景陽 通訊員 胡紅波記者11日從內蒙古農業大學獲悉，該校郭澤宇教授於近日在納米材料國際知名期刊《碳》發表了「基於納米纖維模板法製備中空石墨烯微管及在場發射中的潛在應用」的最新成果。據介紹，該成果通過製備石墨烯微管的工藝為規模化生產直徑可調的石墨烯微管提供了可能性，在實驗室實現了將二維的石墨烯通過簡單的方法轉變為一維的管狀結構，這種直徑可調的石墨烯微管在生物醫學、藥物載體、農業化肥、生物質光合作用等方面都具有潛在的應用。
  • 以溶劑為基礎的工藝有望回收多層塑料
    由於沒有辦法分離這些聚合物，幾乎所有的塑料最終都會被填埋或焚燒。威斯康辛大學麥迪遜分校的工程師們開創了一種利用溶劑回收這些材料中聚合物的方法。這項技術被稱為溶劑靶向回收和沉澱（STRAP）處理，其概念證明已發表在2020年11月20日的《科學進步》雜誌上。