Team forvandler pyrolyseret aske til grafen til forbedring af beton, andre forbindelser

Pyrolyseret plastaske er værdiløs, men måske ikke så længe.

Rice University-forskere har rettet deres opmærksomhed mod Joule-opvarmning af materialet, et biprodukt af plastgenbrugsprocesser. Et kraftigt stød af energi flasher det til grafen.

Teknikken fra Rice-kemikeren James Tours laboratorium producerer turbostratiske grafenflager, der kan tilsættes direkte til andre stoffer som film af polyvinylalkohol (PVA), der bedre modstår vand i emballage og cementpasta og beton, øger deres trykstyrke dramatisk.

Forskningen vises i tidsskriftet Kulstof .

Ligesom flashgrafenprocessen, som laboratoriet introducerede i 2019, pyrolyseret aske bliver til turbostratisk grafen. Det har svagere attraktive interaktioner mellem flagerne, gør det nemmere at blande dem til opløsninger.

Sidste oktober, Tour-laboratoriet rapporterede om en proces til at omdanne affaldsplastik til grafen. Den nye proces er endnu mere specifik, at gøre plastik, der ikke genvindes ved genanvendelse, til et brugbart produkt.

"Dette arbejde forbedrer den cirkulære økonomi for plastik, Tour sagde. "Så meget plastikaffald er genstand for pyrolyse i et forsøg på at konvertere det tilbage til monomerer og olier. Monomererne bruges i repolymerisation til fremstilling af ny plast, og olierne bruges i en række andre anvendelser. Men der er altid 10-20 % resterende aske, der er værdiløs og generelt sendes til lossepladser.

"Nu kan vi konvertere den aske til flash-grafen, der kan bruges til at øge styrken af ​​andre plast- og byggematerialer, " han sagde.

Pyrolyse involverer opvarmning af et materiale for at nedbryde det uden at brænde det. Produkterne fra pyrolyserede, genbrugsplast omfatter energirige gasser, brændselsolier, voks, naphtha og jomfruelige monomerer, hvorfra der kan fremstilles ny plast.

Men resten - anslået 50, 000 tons i USA om året - kasseres.

"Genbrugere tjener ikke store overskud på grund af billige oliepriser, så kun omkring 15 % af al plastik bliver genbrugt, " sagde Rice-studerende Kevin Wyss, hovedforfatter af undersøgelsen. "Jeg ønskede at bekæmpe begge disse problemer."

Forskerne kørte et par eksperimenter for at teste den blinkede aske, først blander den resulterende grafen med PVA, en biokompatibel polymer, der undersøges til medicinske anvendelser, brændselscelle polymer elektrolytmembraner og miljøvenlig emballage. Det er blevet holdt tilbage af grundmaterialets dårlige mekaniske egenskaber og sårbarhed over for vand.

Tilføjelse af så lidt som 0,1 % grafen øger mængden af ​​belastning, som PVA-kompositten kan klare før fejl med op til 30 %, rapporterede de. Det forbedrer også markant materialets modstandsdygtighed over for vandgennemtrængelighed.

I det andet eksperiment, de observerede betydelige stigninger i trykstyrke ved at tilføje grafen fra aske til Portland cement og beton. Stærkere beton betyder, at der skal bruges mindre beton i konstruktioner og veje. Det begrænser energiforbruget og reducerer forurenende stoffer fra fremstillingen.