汽车塑料零部件实现“变废为宝”：闪光焦耳加热可使其变成石墨烯

2022-05-28 15:14:50  信息编号：K217605  浏览次数：88

5月27日消息，莱斯大学的化学家与福特汽车公司的研究人员合作，通过该大学的闪光焦耳加热过程将塑料部件从“报废”车辆变成石墨烯。

平均每辆 SUV 包含多达 350 公斤（771 磅）的塑料，这些塑料可以在垃圾填埋场放置几个世纪，但在新的自然杂志《通信工程》的首期中报道的回收过程。

由莱斯化学家 James Tour 和研究生兼主要作者 Kevin Wyss 领导的项目的目标是重新利用石墨烯来制造用于新车的增强型聚氨酯泡沫。测试表明，注入石墨烯的泡沫的拉伸强度增加了 34%，低频噪声吸收增加了 25%。仅含 0.1% 或更少重量的石墨烯。

而当那辆新车老了，泡沫可以再次闪现成石墨烯。

莱斯大学的研究生 Kevin Wyss 拿着一小瓶石墨烯和福特汽车公司制造的石墨烯增强聚氨酯样品。图片来源：杰夫·菲特洛

“福特从汽车粉碎设施向我们发送了 10 磅混合塑料废物，”图尔说：“它又泥泞又湿。我们用光闪过它，我们把石墨烯送回福特，他们把它放入新的泡沫复合材料中，它做了它应该做的一切。”

研究人员引用了一项研究，该研究估计，在过去六年中，汽车中使用的塑料量增加了 75%，以此作为减轻重量和提高燃油经济性的一种手段。

Tour 表示，按类型对混合的报废塑料进行回收利用一直是汽车行业的一个长期问题，而且由于围绕报废车辆的潜在环境法规，这一问题变得越来越重要。“在欧洲，汽车回到制造商那里，制造商只允许填埋 5% 的车辆，”他说：“这意味着他们必须回收 95%，这对他们来说简直是压倒性的问题。”

共同作者、福特可持续发展技术研究员 Deborah Mielewski 表示，大部分混合塑料最终都被焚烧了，他指出美国每年要处理 10 到 1500 万辆汽车，全球有超过 2700 万辆汽车要处理。

车辆上有数百种不同的塑料树脂、填料和增强材料组合，使这些材料无法分离，每个应用程序都有一个特定的负载/混合物。

为了测试报废的混合塑料是否可以转化，赖斯实验室将由报废 F-150 皮卡车的塑料保险杠、垫圈、地毯、垫子、座椅和门框制成的碎屑“绒毛”磨碎无需洗涤或预分选成分即可制成细粉。

实验室分两步闪粉，首先在低电流下，然后在为实验设计的 Wyss 加热器中使用高电流。

在低电流下加热 10 到 16 秒的粉末产生了一种高度碳化的塑料，约占初始体积的 30%。其他 70% 被脱气或作为富含碳氢化合物的蜡和油回收，Wyss 建议这些蜡和油也可以回收利用。

然后对碳化塑料进行大电流闪蒸，将其中的 85% 转化为石墨烯，同时释放氢气、氧气、氯气、硅和微量金属杂质。