轮胎变成石墨烯,可以使混凝土更坚固

  赖斯大学的科学家们优化了将橡胶轮胎的废料转化为石墨烯的工艺,然后可以将其用于增强混凝土。

  化学家詹姆斯·图尔说,在混凝土中添加石墨烯对环境的好处是显而易见的。

  托尔说:“混凝土是世界上生产量最大的材料,仅使它产生的二氧化碳排放量就占世界的9%。” “如果我们在道路,建筑物和桥梁中使用较少的混凝土,那么我们就可以从一开始就消除一些排放物。”

  再生轮胎废料已被用作波特兰水泥的成分,但是石墨烯已被证明可以在分子水平上增强水泥质材料,其中包括混凝土。

轮胎变成石墨烯,可以使混凝土更坚固

  每年丢弃的8亿条轮胎中的大多数都被燃烧用作燃料或磨碎以用于其他用途,其中16%的轮胎被填埋。

  托尔说:“即使将其中的一小部分作为石墨烯进行回收,也将使数百万的轮胎无法进入垃圾填埋场。”

  图尔和他的同事们在2020年引入的“闪蒸”过程通过将食物废物,塑料和其他碳源暴露于电震中,从而除去了样品中的碳原子,从而将其转化为食物。

  这些原子重新组装成有价值的涡轮层石墨烯,该层具有未排列的层,比通过石墨剥离产生的石墨烯更易溶。这使得在复合材料中更容易使用。

  事实证明,与食品或塑料相比,橡胶要转化为石墨烯更具挑战性,但实验室通过使用轮胎中的商用热解废橡胶优化了工艺。图尔说,从废旧轮胎中提取有用的油之后,这种碳残留物至今的价值几乎为零。

  轮胎衍生的炭黑或碎橡胶轮胎和商用炭黑的混合物可闪蒸成石墨烯。由于透层石墨烯是可溶的,因此可以轻松地将其添加到水泥中以制成更环保的混凝土。

  由C-Crete Technologies的Tour和Rouzbeh Shahsavari领导的研究在Carbon期刊上进行了详细介绍。

  赖斯实验室闪蒸了轮胎衍生的炭黑,发现大约70%的材料转化为石墨烯。当将切碎的橡胶轮胎与普通炭黑混合使用以增加导电性时,约47%的物质转化为石墨烯。除了碳以外,其他元素也被排出。

  电脉冲持续300毫秒至1秒。实验室计算,转换过程中使用的电力每吨原料碳将花费约100美元。

  研究人员将微量的轮胎衍生石墨烯与硅酸盐水泥混合,轮胎碳黑的含量为0.1重量/%(wt%),碳黑和碎轮胎的含量为0.05 wt%,并用其生产混凝土圆柱体。在固化7天后进行测试,圆柱体的抗压强度提高了30%或更多。28天后,足够使用0.1 wt%的石墨烯,以使两种产品的强度至少增加30%。

  Shahsavari说:“强度的提高部分归因于2D石墨烯的晶种效应,以促进水泥水合物产品的更好生长,另一部分归因于后期的增强作用。”

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