Dæk forvandlet til grafen, der gør stærkere beton

Det kunne være her, gummiet virkelig rammer vejen.

Rice University-forskere har optimeret en proces til at omdanne affald fra gummidæk til grafen, der kan, på tur, bruges til at forstærke beton.

De miljømæssige fordele ved at tilføje grafen til beton er klare, sagde kemiker James Tour.

"Beton er det mest producerede materiale i verden, og blot at lave det producerer så meget som 9% af verdens kuldioxidemissioner, Tour sagde. "Hvis vi kan bruge mindre beton på vores veje, bygninger og broer, vi kan eliminere nogle af emissionerne lige fra starten."

Genanvendt dækaffald bruges allerede som en komponent i Portland cement, men grafen har vist sig at styrke cementholdige materialer, beton blandt dem, på molekylært niveau.

Mens størstedelen af ​​de 800 millioner dæk, der kasseres årligt, brændes til brændstof eller males til andre formål, 16 % af dem ender på lossepladser.

"Genvinding af selv en brøkdel af dem som grafen vil forhindre millioner af dæk i at nå lossepladser, " sagde Tour.

'Flash'-processen introduceret af Tour og hans kolleger i 2020 er blevet brugt til at omdanne madspild, plastik og andre kulstofkilder ved at udsætte dem for et stød af elektricitet, der fjerner alt andet end kulstofatomer fra prøven.

Disse atomer samles igen til værdifuld turbostratisk grafen, som har fejljusterede lag, der er mere opløselige end grafen produceret via eksfoliering fra grafit. Det gør det nemmere at bruge i kompositmaterialer.

Gummi viste sig at være mere udfordrende end mad eller plastik at blive til grafen, men laboratoriet optimerede processen ved at bruge kommercielt pyrolyseret affaldsgummi fra dæk. Efter at nyttige olier er udvundet fra affaldsdæk, denne kulstofrest har indtil nu haft næsten nul værdi, sagde Tour.

Dæk-afledt carbon black eller en blanding af strimlede gummidæk og kommercielle carbon black kan flashes til grafen. Fordi turbostratisk grafen er opløseligt, det kan nemt tilsættes cement for at lave mere miljøvenlig beton.

Forskningen ledet af Tour og Rouzbeh Shahsavari fra C-Crete Technologies er detaljeret i tidsskriftet Kulstof .

Rice lab flashede dæk-afledt kønsort og fandt omkring 70% af materialet omdannet til grafen. Når der blinker strimlede gummidæk blandet med almindelig kønrøg for at tilføje ledningsevne, omkring 47% omdannet til grafen. Elementer udover kulstof blev ventileret ud til andre formål.

De elektriske impulser varede mellem 300 millisekunder og 1 sekund. Laboratoriet beregnede elektricitet brugt i konverteringsprocessen ville koste omkring $100 pr. ton startkulstof.

Forskerne blandede små mængder af dækafledt grafen - 0,1 vægt/procent (vægt%) for kønrøg og 0,05 vægt% for kønrøg og strimlede dæk - med Portlandcement og brugte det til at producere betoncylindre. Testet efter hærdning i syv dage, cylindrene viste stigninger på 30 % eller mere i trykstyrke. Efter 28 dage, 0,1 vægt% grafen var tilstrækkeligt til at give begge produkter en styrkeforøgelse på mindst 30%.

"Denne stigning i styrke skyldes til dels en såningseffekt af 2D-grafen for bedre vækst af cementhydratprodukter, og til dels på grund af en forstærkende effekt på senere stadier, " sagde Shahsavari.