塑料垃圾8秒變石墨烯,能減少「白色汙染」嗎?

「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）。