Химики превращают пластиковые детали автомобилей в графен

Прочитано: 306 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Химики из Университета Райса, работающие с исследователями из Ford Motor Company, превращают пластиковые детали автомобилей, вышедших из эксплуатации, в графен с помощью университетского процесса мгновенного джоулевого нагрева.

Средний внедорожник содержит до 350 кг (771 фунт) пластика, который мог бы лежать на свалке веками, если бы не процесс переработки, описанный в дебютном выпуске нового журнала Nature , Communications Engineering.

Целью проекта, возглавляемого химиком из Райса Джеймсом Туром и аспирантом и ведущим автором Кевином Виссом, было повторное использование этого графена для изготовления усиленной полиуретановой пены для новых автомобилей. Испытания показали, что пропитанная графеном пена имеет увеличение прочности на разрыв на 34% и увеличение поглощения низкочастотного шума на 25%. Это всего лишь 0,1% по весу или меньше графена.

И когда эта новая машина состарится, пенопласт можно снова превратить в графен.

«Ford прислал нам 10 фунтов смешанных пластиковых отходов с предприятия по измельчению автомобилей», — сказал Тур. «Он был грязным и мокрым. Мы его засветили, мы отправили графен обратно в Ford, они поместили его в новые пенопластовые композиты, и он сделал все, что должен был делать».

«Затем они прислали нам новые композиты, мы их засветили и превратили обратно в графен», — сказал он. «Это отличный пример циркулярной переработки».

Исследователи процитировали исследование, в котором оценивается, что количество пластика, используемого в транспортных средствах, увеличилось на 75% только за последние шесть лет в качестве средства снижения веса и увеличения экономии топлива.

По словам Тура, разделение смешанного пластика с истекшим сроком службы по типам для переработки было давней проблемой для автомобильной промышленности, и она становится все более важной из-за потенциальных экологических норм в отношении автомобилей с истекшим сроком службы. «В Европе автомобили возвращаются к производителю, которому разрешено вывозить на свалку только 5% автомобиля», — сказал он. «Это означает, что они должны перерабатывать 95%, и это просто непосильно для них».

По словам соавтора Деборы Милевски, технического сотрудника Ford по устойчивому развитию, большая часть смешанного пластика в конечном итоге сжигается.

«У нас есть сотни различных комбинаций пластиковой смолы, наполнителя и армирования на транспортных средствах, которые делают материалы невозможными для разделения», — сказала она. «Каждое приложение имеет определенную загрузку / смесь, которая наиболее экономично соответствует требованиям».

«Это не перерабатываемые материалы, как пластиковые бутылки , поэтому их нельзя расплавить и изменить форму», — сказал Тур. «Поэтому, когда исследователи Ford заметили нашу статью о мгновенном джоулевом нагреве пластика в графен, они протянули руку».

Нагрев флэш-джоуля для производства графена, представленный лабораторией Tour в 2020 году, упаковывает смешанный измельченный пластик и добавку кокса (для проводимости) между электродами в трубку и взрывает ее высоким напряжением . Внезапная сильная жара — почти до 5000 градусов по Фаренгейту — испаряет другие элементы и оставляет после себя легко растворяющийся турбостратный графен.

Мгновенный нагрев предлагает значительные экологические преимущества, поскольку этот процесс не требует растворителей и использует минимум энергии для производства графена.

Чтобы проверить, можно ли преобразовать смешанный пластик в конце срока службы, в лаборатории Райса измельчили шредерный «пух», сделанный из пластиковых бамперов, прокладок, ковров, ковриков, сидений и дверных коробок от пикапов F-150. до мелкого порошка без промывки или предварительной сортировки компонентов.

Лаборатория провела вспышку порошка в два этапа, сначала при слабом токе, а затем при сильном токе в нагревателе, специально разработанном Wyss для эксперимента.

Порошок, нагретый от 10 до 16 секунд на слабом токе, произвел сильно карбонизированный пластик, составляющий около 30 процентов от исходного объема. Остальные 70% были дегазированы или восстановлены в виде парафинов и масел, богатых углеводородами, которые, как предположил Висс, также можно было бы переработать.

Затем карбонизированный пластик подвергали сильноточному оплавлению, превращая 85% его в графен с выделением водорода, кислорода, хлора, кремния и следовых примесей металлов.

Возможность включить анализ жизненного цикла (LCA) в исследовательский проект Rice также привлекла внимание Wyss. «Мной движет устойчивость, и именно на этом я хочу сосредоточиться в своей карьере», — сказал он.

Оценка жизненного цикла включала сравнение графена, полученного из автомобильных деталей, с графеном, полученным другими методами, и оценку эффективности переработки. Их результаты показали, что мгновенный джоулев нагрев произвел графен со значительным сокращением энергии, выбросов парниковых газов и использования воды по сравнению с другими методами, включая даже энергию, необходимую для измельчения пуха пластикового измельчителя до порошка.

Ford использует до 60 фунтов пенополиуретана в своих автомобилях, из которых около 2 фунтов армированы графеном с 2018 года, по словам соавтора Альпера Кизилтаса, технического эксперта Ford Research, который занимается вопросами устойчивости и новых материалов. «Когда мы получили графен от Райса, мы включили его в нашу пену в очень малых количествах и увидели значительное улучшение», — сказал он. «Он превзошел наши ожидания, обеспечив превосходные механические и физические свойства для наших применений».

У графена явно есть будущее в Ford. Компания впервые представила его во множестве других компонентов под капотом, а в 2020 году добавила крышку двигателя, армированную графеном. Кизилтас сказал, что компания рассчитывает использовать его и для армирования твердых пластиков.

«Наше совместное открытие с Райс станет еще более актуальным, когда Ford перейдет на электромобили», — сказал Милевски. «Когда вы уберете шум, создаваемый двигателем внутреннего сгорания, вы сможете слышать все остальное внутри и снаружи автомобиля гораздо четче».

«Гораздо важнее уметь уменьшать шум», — сказала она. «Поэтому нам отчаянно нужны вспененные материалы, которые лучше поглощают шум и вибрацию. Именно здесь графен может обеспечить удивительное снижение шума при очень низких уровнях».

Химики превращают пластиковые детали автомобилей в графен



Новости партнеров