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美國萊斯大學James M. Tour科題組--塑料垃圾變為閃蒸石墨烯
       在這項工作中,介紹了一種升級利用塑料廢棄物(PW)的方法,即通過閃光焦耳熱(FJH)技術將PW轉變為閃光石墨烯(FG)。除了FG以外,該過程還會產生碳的低聚物,氫和輕烴等。為了獲得高質量石墨烯,還相繼采用了交流電(AC)和直流(DC)閃蒸。該FJH流程不需要任何催化劑,可用于PW混合物,這使得該方法適合處理垃圾場里大量的PW。將每噸PW轉換為FG,所需能量約為23 kJ/g,需要125美元,該過程十分經濟且可規模化實施。通過拉曼光譜對FG進行了表征,I2D/IG峰值比高達6,D波段強度低。此外,透射電子顯微鏡和X射線衍射分析表明,FG為渦輪層,層間間距為3.45Å。較大的層間距可以促進其在液體和復合材料中的分散。利用傅立葉變換紅外光譜表征了該過程中蒸餾出的碳低聚物,與初始PW具有相似的化學結構。氣相產物的初步分析結果顯示,形成了大量的氫和其它輕質烴。由于石墨烯是天然存在且毒性低,這可能是升級利用PW的一種環保的方法。
 
  
Figure 1. (a)120 V AC電路原理圖。(b)HDPE在不同粒徑時的AC-FG產量。(c)HDPE/CB混合物的初始電阻率對AC-FG產量的影響。(d)當初始電阻為120Ω時, 不同塑料廢棄物的AC-FG產量。(e)從塑料廢棄物變為FG整個過程的照片。
 
  Figure 2. (a)AC-FG和(b)ACDC-tFG的特征拉曼光譜。(c)高渦輪層FG的拉曼光譜。(d)使用紅外光譜儀和黑體輻射收集的AC-FJH過程的溫度曲線。
 
  
Figure 3. (a)來自HDPE的ACDC-tFG的XRD圖。(b)來自HDPE的ACDC-tFG的TGA曲線,和(c)ACDC-tFG的XPS總譜。(d)ACDC-tFG的高分辨率C 1s XPS光譜。
 
 
Figure 4. (a)AC-FG的TEM圖像,以及(b)AC-FG的顆粒尺寸分布(n = 100)。(c)ACDC-tFG的TEM圖像,(d)HDPE中ACDC-tFG的顆粒尺寸分布(n = 100)。
 
 
Figure 5. (a)AC-FJH過程中的電阻率值和功耗。(b)在離心前后,熱膨脹石墨,AC-FG和ACDC-tFG的浴超聲分散濃度。(c)ACDC-tFG和商用石墨烯的拉曼光譜。(d)水泥/ AC-FG復合材料的抗壓強度。
 
       相關研究工作由美國萊斯大學James M. Tour教授課題組于2020年發表在ACS Nano期刊上。原文:Flash Graphene from Plastic Waste。

轉自《石墨烯雜志》公眾號:

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