據(jù)搜料網(wǎng)了解，萊斯大學(xué)(Rice University)和福特公司的研究人員合作，利用該校的閃速焦耳加熱(flash Joule heating)工藝，將報廢車輛中的塑料部件變成石墨烯。

 

運動型多功能汽車(SUV)中平均含有350Kg的塑料。如果不經(jīng)過回收，這些塑料可能要長年累月地待在垃圾填埋場。

該項目由萊斯化學(xué)家James Tour和研究生兼主要作者Kevin Wyss負(fù)責(zé)，旨在重復(fù)利用石墨烯，制造用于新車的增強(qiáng)型聚氨酯泡沫。測試表明，加入石墨烯的泡沫(僅含0.1%或更少的石墨烯)，抗拉強(qiáng)度提高了34%，低頻噪聲吸收率提升25%。當(dāng)新車報廢時，這些泡沫可以再次變成石墨烯。

Tour表示：“福特給實驗室寄來10磅混合塑料廢棄物。這些材料已經(jīng)過汽車粉碎設(shè)施粉碎，又爛糊又潮濕。實驗室對其進(jìn)行閃速加熱后，將所得到的石墨烯送回福特公司。該公司將石墨烯加入新的泡沫復(fù)合材料中，并實現(xiàn)了預(yù)期效果。然后福特寄來新復(fù)合材料，實驗室進(jìn)行閃速加熱，再把它們變回石墨烯。這是一個很好的循環(huán)回收的例子。”

據(jù)以往研究評估，僅過去六年，汽車中使用的塑料就增加了75%，這是為了減輕重量和提高燃油經(jīng)濟(jì)性。因此，將混合的塑料廢棄物進(jìn)行分類回收，是汽車行業(yè)面臨的長期問題之一。同時由于環(huán)境法規(guī)逐漸收緊，這一問題變得更加關(guān)鍵。Tour表示：“在歐洲，汽車制造商必須回收95%的報廢材料，這是很難做到的。”

車輛上有數(shù)百種不同的塑料樹脂、填充物和增強(qiáng)材料組合，難以進(jìn)行分離，最終大部分混合塑料被焚燒掉了。Tour表示：“這些不是像塑料瓶那樣的可回收材料，不能進(jìn)行熔化和重塑。因此福特研究人員求助于萊斯的閃速焦耳加熱工藝。”

2020年，Tour的實驗室提出利用“閃速焦耳加熱”方法來制造石墨烯，將混合的研磨塑料和焦炭添加劑(用于導(dǎo)電)封裝在管中的電極之間，然后進(jìn)行高壓爆炸。突如其來的高溫(高達(dá)近5000華氏度)使其他元素蒸發(fā)，并留下易于溶解的混層石墨烯。該工藝不需要溶劑，并可充分降低能耗，從而顯著提高環(huán)境效益。

為了測試是否可以轉(zhuǎn)化廢棄混合塑料，該實驗室在不對組件進(jìn)行清洗或預(yù)先分類的情況下，利用來自報廢F-150皮卡的塑料保險杠、墊圈、地墊、座椅和門殼等，將由這些組件制成的粉碎物質(zhì)研磨成細(xì)粉末。

在實驗過程中，研究人員分兩步閃速加熱粉末。在專門設(shè)計的加熱器中，首先通入小電流，然后使用大電流。在小電流下對這些粉末加熱10-16秒，就會產(chǎn)生高度碳化的塑料，約占初始體積的30%。另外70%以氣體形式排出，或以富含碳?xì)浠衔锏南灪陀偷男问交厥?研究人員認(rèn)為這些油也可以回收)。然后，對碳化塑料進(jìn)行大電流閃速加熱，將85%的塑料轉(zhuǎn)化為石墨烯，同時釋放出氫氣、氧氣、氯、硅和微量金屬雜質(zhì)。

該項目結(jié)合生命周期分析(LCA)，將來自汽車閃速加熱部件的石墨烯與其他方法生產(chǎn)的石墨烯進(jìn)行比較，并評估回收效率。結(jié)果表明，與其他方法相比，利用閃速焦耳加熱來制造石墨烯，可顯著減少能耗、溫室氣體排放和用水。

福特研究中心專注于可持續(xù)性和新興材料的技術(shù)專家Alper Kiziltas表示，自2018年以來，福特在其汽車中使用的聚氨酯泡沫材料高達(dá)60磅，其中約有2磅是石墨烯增強(qiáng)型聚氨酯泡沫材料。“從萊斯那里拿到石墨烯后，將其以很小的量加入泡沫中，可以看到材料性能顯著改善。這為福特的應(yīng)用提供了卓越的機(jī)械和物理性能，超出預(yù)期效果。”

福特公司顯然很重視使用石墨烯。該公司首次將石墨烯引入其他各種罩下組件，并于2020年采用石墨烯增強(qiáng)型發(fā)動機(jī)罩。據(jù)稱該公司還希望，利用石墨烯來加固硬塑料。Mielewski表示：“隨著福特向電動汽車轉(zhuǎn)型，與萊斯的合作發(fā)現(xiàn)將發(fā)揮重要作用。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)不再產(chǎn)生噪音，可以更清楚地聽到車內(nèi)外的聲音。降噪非常關(guān)鍵，寶馬迫切需要能夠更好地吸音減振的泡沫材料。只用少量石墨烯，即可產(chǎn)好良好的噪音緩解效果，這正是其意義所在。”