石墨烯的最新研究成果，提出一種回收塑料廢棄物的方法

“雙 11” 的 “購(gòu)物狂歡” 從之前的 11 月 11 日拉長(zhǎng)到 1 - 11 日，玩法越來(lái)越復(fù)雜，而網(wǎng)民的購(gòu)物熱情似乎并未因此消退，快遞小哥的工作量亦是如此。

穿梭于大街小巷的外賣 / 快遞員背后，無(wú)疑是人民生活便利性的提高，另一方面，也是塑料垃圾產(chǎn)生量的大幅提升，尤其一次性使用的塑料制品更是成為城市生活垃圾的主要組成部分之一。

據(jù)了解，目前塑料廢棄物的處理方式主要為填埋、焚燒、回收再利用等，其中填埋和焚燒均在不同程度上對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類生命健康產(chǎn)生負(fù)面影響，而當(dāng)前塑料廢棄物的回收再利用率極低，中國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)祝興祥曾在 2019 年表示，“全球 90 億噸的塑料制品中，只有 9 % 被回收利用”。

對(duì)于塑料垃圾的回收再利用，近日一項(xiàng)最新研究成果或許能夠提供新的路徑。

10 月 29 日，James M. Tour 教授課題組在 ACS Nano 上發(fā)表獲取石墨烯的最新研究成果時(shí)，提出一種回收塑料廢棄物的方法。

將塑料廢棄物與炭黑混合后的導(dǎo)電碳粉裝在兩個(gè)電極之間的石英管中，用交流電焦耳熱閃蒸（AC-FJH）處理 8s（如下圖），樣品將釋放碳低聚物和揮發(fā)物，在銅電極之間形成閃蒸石墨烯 （FG）。

FG 在堆疊的石墨烯層之間顯示出渦輪層排列結(jié)構(gòu)（如下圖）。

而渦輪狀石墨烯可以很容易地通過(guò)剪切而剝離，無(wú)需使用化學(xué)藥品或高能機(jī)械進(jìn)行預(yù)剝離。這也就意味著，該種制備石墨烯的方式價(jià)格相對(duì)低廉，具有較高的量產(chǎn)可行性。

同時(shí)，該過(guò)程需要的電力成本也較為樂(lè)觀。

James M. Tour 教授課題組研究結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，1g 混合塑料廢棄物可通過(guò)交流電焦耳熱閃蒸方式轉(zhuǎn)換為 0.18g 高質(zhì)量石墨烯，共需要 23kJ 能量。經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得出，處理 1 噸塑料廢棄物需要的電力成本為 124 美元（約為 825 元人民幣），并可以獲得 180 千克高質(zhì)量石墨烯。

對(duì)比塑料廢棄物回收再利用的傳統(tǒng)方式，該技術(shù)的成本以及效果都具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。且在解決 “廢塑料回收再利用難” 的同時(shí)，能夠在一定程度上破解 “石墨烯制備成本高” 難題。

談及石墨烯，自 2004 年英國(guó)曼徹斯頓大學(xué)科學(xué)家 Andre Geim 和 Konstantin Novoselov 發(fā)現(xiàn)可以從石墨中剝離出石墨薄片，并最終得到一層碳原子結(jié)構(gòu)的石墨烯后，科學(xué)家們探索如何獲取石墨烯的身影便一直在。

石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，以及其在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有的重要應(yīng)用前景也早已被科學(xué)家們發(fā)掘。

但由于目前石墨烯的主要制備方法 —— 剝離石墨 —— 需要大量的溶劑、高能機(jī)械剪切力或電化學(xué)處理等，不僅成本高，而且產(chǎn)率較低，這才限制了石墨烯的生產(chǎn)與使用。

其實(shí)，James M. Tou 教授課題組近日發(fā)表的獲得石墨烯的方法也早在今年初就有了初步成果。

2020 年 1 月，美國(guó)萊斯大學(xué) Boris I.Yakobson 和 James M. Tour 教授課題組在 Nature 上發(fā)表其研究成果顯示，可通過(guò)快速焦耳加熱廉價(jià)碳源（如煤炭、生物炭、廢棄食品、塑料廢棄物等）的方式，在不到 1 秒的時(shí)間內(nèi)獲得克量級(jí)的石墨烯。生產(chǎn)過(guò)程不需要加熱爐，不需要溶劑或反應(yīng)氣體，該種生產(chǎn)方式被稱為焦耳熱閃蒸技術(shù)（FJH），也正因?yàn)榇?，生產(chǎn)得到的石墨烯被命名為閃蒸石墨烯（FG）。

責(zé)任編輯：lq