Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice và Trung tâm Nghiên cứu và Đổi mới của Ford đã chứng minh cách nhựa phế thải từ ô tô cũ có thể được sử dụng để tạo ra bọt graphene sau đó có thể được sử dụng trong ô tô mới.
Nghiên cứu tiến bộ một kỹ thuật gọi là đun nóng bằng đèn flash joule, mà nhóm Rice đã trình diễn lần đầu tiên vào năm 2020 để tạo ra graphene từ các vật liệu phế thải như thức ăn thừa, nhựa và lốp xe cũ. Các vật liệu phế thải được nghiền thành bột, sau đó áp dụng điện áp cao để nung chúng đến nhiệt độ từ 2.027 ° C đến 2.727 ° C (3.680 ° F và 4.940 ° F). Điều đó nhanh chóng chuyển đổi cacbon trong vật liệu thành các mảnh graphene, trong khi các nguyên tố khác được hóa hơi thành khí có thể được thu thập và sử dụng trong các quy trình công nghiệp khác.
Đây không chỉ là cách rẻ hơn nhiều để tạo ra graphene mà còn cần ít năng lượng hơn nhiều và loại bỏ các vật liệu thường được đưa đến bãi rác hoặc lò đốt. Và trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học Rice đã chứng minh một cách mới mà chu trình có thể hoạt động trong thế giới thực.
Sau khi xem bản gốc, các nhà nghiên cứu tại Ford đã tìm đến phòng thí nghiệm của James Tour tại Đại học Rice để kiểm tra xem liệu kỹ thuật này có thể được sử dụng để tái chế rác thải nhựa hỗn hợp từ những chiếc xe đã hết tuổi thọ hay không. Vì vậy, công ty mô tô đã gửi hơn 4,5 kg (10 lb) nhựa vụn từ cản, đệm, thảm, thảm, ghế ngồi và vỏ cửa từ những chiếc xe bán tải F-150 cũ. Điều quan trọng là, nhựa thậm chí không cần phải được phân loại trước.
Đầu tiên, nhóm Rice nghiền nguyên liệu thành bột mịn, sau đó tiến hành làm hai bước. Đầu tiên, nó được làm nóng với dòng điện thấp trong 10 đến 16 giây, tạo ra một vật liệu nhựa có độ cacbon hóa cao. Chỉ có 30% khối lượng ban đầu còn lại ở dạng rắn, với phần lớn nó thoát ra ngoài hoặc tạo thành sáp và dầu giàu hydrocacbon, mà nhóm nghiên cứu cho biết cũng có thể là vật liệu công nghiệp hữu ích.
Tiếp theo, nhựa carbon hóa được chiếu sáng với dòng điện cao, dòng điện này chuyển 85% thành graphene. Phần còn lại, một lần nữa, được thải ra ngoài dưới dạng hydro, oxy, clo, silic và các kim loại vết.
Kết quả là graphene có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng mà chúng tôi mong đợi từ vật liệu kỳ diệu này. Trong trường hợp này, nhóm Rice đã gửi nó lại cho nhóm Ford, những người đã sử dụng nó để gia cố bọt polyurethane, được sử dụng để cách nhiệt xe của họ chống lại tiếng ồn và rung động. Chỉ với 0,1% graphene trọng lượng, loại bọt mới có độ bền kéo cao hơn 34% và hấp thụ âm thanh tần số thấp tốt hơn 25%.
Để thực sự chứng minh tiềm năng tái chế vòng tròn, các mẫu bọt này sau đó được gửi trở lại Rice, nơi các nhà nghiên cứu cho thấy rằng nó cũng có thể biến thành graphene mới. Điều này cho thấy rằng phương pháp này thực sự có thể hữu ích trong các tình huống thực tế, mang lại sức sống mới cho các vật liệu phế thải.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications Engineering. |