Асфальтены, побочный продукт производства сырой нефти, являются отходами с потенциалом. Ученые Университета Райса полны решимости найти его, превратив богатый углеродом ресурс в полезный графен.

Мухаммад Рахман, доцент-исследователь материаловедения и наноинженерии, применяет уникальный импульсный джоулев нагрев Райса. Райса для мгновенного преобразования асфальтенов в турбостратный (свободно выровненный) графен и смешивания его с композитами для термических, антикоррозионных приложений и приложений для 3D-печати.

В этом процессе хорошо используется материал, который в противном случае сжигался бы для повторного использования в качестве топлива или выбрасывался в хвостохранилища и на свалки. Использование хотя бы части мировых запасов асфальтена в количестве более 1 триллиона баррелей в качестве сырья для графена также было бы полезно для окружающей среды.

«Асфальтены — это большая головная боль для нефтяной промышленности , и я думаю, что к этому будет большой интерес», — сказал Рахман, который охарактеризовал этот процесс как масштабируемый и устойчивый способ сокращения выбросов углерода. при сжигании асфальтенов.

Рахман является ведущим автором-корреспондентом статьи в журнале Science Advances под руководством химика из Райса Джеймса Тура, чья лаборатория разработала мгновенный джоулев нагрев, материаловеда Пуликеля Аджаяна и доктора медицины Голама Кибрии, доцента химической и нефтяной инженерии в Университете Калгари. , Канада.

Асфальтены уже на 70-80% состоят из углерода. Лаборатория Райса смешивает его с примерно 20% сажи, чтобы добавить проводимости, и заряжает его разрядом электричества, превращая его в графен менее чем за секунду. Другие элементы сырья, включая водород, азот, кислород и серу, выбрасываются в виде газов.

«Мы стараемся поддерживать содержание сажи на как можно более низком уровне, потому что хотим максимально использовать асфальтены», — сказал Рахман.

«Правительство оказывает давление на нефтяную промышленность, чтобы она позаботилась об этом», — сказал аспирант Райс и соавтор MASR Saadi. «Существуют миллиарды баррелей асфальтена, поэтому мы начали работать над этим проектом в первую очередь, чтобы посмотреть, сможем ли мы производить углеродное волокно. Это натолкнуло нас на мысль, что, возможно, нам следует попробовать сделать графен с помощью мгновенного джоулевого нагрева».

Убедился, что процесс Тура работает с асфальтеном так же хорошо, как и с другим сырьем, включая пластик , электронные отходы , шины , угольную летучую золу . и даже автомобильные детали, исследователи приступили к созданию чего-то с помощью своего графена.

Саади, который работает с Рахманом и Аджаяном, смешал графен с композитами, а затем с полимерными чернилами для 3D-принтеров. «Мы оптимизировали реологию чернил, чтобы показать, что они пригодны для печати», — сказал он, отметив, что в состав чернил входит не более 10% графена . Предстоит механическое испытание печатных объектов, сказал он.