В новом исследовании ученые из Университета Райса и Центра исследований и инноваций компании Ford продемонстрировали, как отходы пластика из старых автомобилей могут быть переработаны в графеновую пену, которая затем может быть использована при строительстве новых автомобилей.
В исследовании используется метод, называемый флэш-джоулевым нагревом, который команда Райса впервые продемонстрировала в 2020 году для получения графена из пищевых отходов, пластика и старых шин. Такие отходы сначала измельчаются в порошок, а затем с помощью высокого напряжения нагреваются до температуры от 2 027 °C до 2 727 °C (3 680 °F - 4 940 °F). В результате углерод превращается в графеновые хлопья, а прочие элементы сгорают, образуя различные в газы, которые могут быть собраны и использованы в других промышленных процессах.
Такой способ получения графена не только намного дешевле, но и требует гораздо меньше энергии и позволяет избавиться от материалов, которые в противном случае обычно отправляются на свалку или в мусоросжигательную печь. В новом исследовании ученые из Райса продемонстрировали новый способ, с помощью которого этот цикл может работать в реальном мире.
Ознакомившись с результатами эксперимента, исследователи Ford обратились в лабораторию Джеймса Тура в Университете Райса, чтобы выяснить, можно ли использовать эту технологию для переработки смешанных пластиковых отходов из отслуживших свой срок автомобилей. Таким образом, автокомпания прислала 4,5 кг (10 фунтов) измельченного пластика из бамперов, прокладок, ковриков, сидений и дверных коробок старых пикапов F-150. (Важно отметить, что пластик даже не нужно было предварительно сортировать).
Команда Райса сначала измельчила материал в мелкий порошок, а затем подвергла его двухступенчатому нагреву. Сначала на пластик в течение 10-16 секунд подавался слабый ток силой от 1 до 25 ампер. В результате материал сильно карбонизировался. При этом только 30 процентов исходного объема осталось в твердом состоянии, а большая часть улетучилась или образовала воски и масла, богатые углеводородами, которые, по словам команды, также могут стать полезными промышленными материалами.
Затем на карбонизированный пластик воздействовали током в 200 ампер, в результате чего 85% материала превратилось в графен. Остальные продукты, как и раньше, выделялись в виде водорода, кислорода, хлора и кремния.
Полученный таким образом графен может быть использован во всех областях, которые мы привыкли ожидать от этого чудо-материал. В данном случае команда Райса отправила его в компанию Ford, которая использовала его для укрепления полиуретановой пены, используемой для изоляции автомобилей от шума и вибраций. При содержании всего 0,1 процента графена по весу, новая пена имела на 34 процента большую прочность на разрыв и на 25 процентов лучше поглощала низкочастотные звуки.
Чтобы действительно продемонстрировать весь потенциал круговой переработки, образцы этой пены были отправлены обратно в Райс, где исследователи показали, что она опять может быть переработана в новый графен. Таким образом, метод действительно может быть полезен в реальных условиях, вдохнув новую жизнь в отработанные материалы.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications Engineering.
Источники: Университет Райса, Journal Nature Communications Engineering.
(https://www.nature.com/articles/s44172-022-00006-7)
(https://news.rice.edu/news/2022/cars-could-get-flashy-upgrade)