Автор AZoNano 30 марта 2021 г.

Это может быть то место, где резина действительно отправляется в путь. Ученые из Университета Райса оптимизировали процесс преобразования отходов резиновых шин в графен, который, в свою очередь, можно использовать для укрепления бетона.

Экологические преимущества добавления графена в бетон очевидны, сказал химик Джеймс Тур.

«Бетон является самым производимым материалом в мире, и простое его производство производит до 9% мировых выбросов углекислого газа», – сказал Тур. « Если мы сможем использовать меньше бетона на наших дорогах, зданиях и мостах, мы сможем устранить некоторые выбросы с самого начала».

Переработанные отходы шин уже используются в качестве компонента портландцемента, но было доказано, что графен укрепляет цементирующие материалы, в том числе бетон, на молекулярном уровне.

Хотя большая часть из 800 миллионов шин, выбрасываемых ежегодно, сжигается в качестве топлива или измельчается для других целей, 16% из них попадают на свалки.

«Восстановление даже части этих шин в виде графена предотвратит попадание миллионов шин на свалки», – сказал Тур.

Процесс «вспышки», представленный Туром и его коллегами в 2020 году, использовался для преобразования пищевых отходов, пластика и других источников углерода путем воздействия на них электрического разряда, удаляющего из образца все, кроме атомов углерода.

Эти атомы снова собираются в ценный турбостратный графен, который имеет смещенные слои, которые более растворимы, чем графен, полученный путем расслоения графита. Это упрощает использование в композитных материалах.

Каучук превратить в графен сложнее, чем пища или пластик, но лаборатория оптимизировала этот процесс, используя коммерческие пиролизованные отходы резины из шин. После того, как полезные масла извлекаются из отработанных шин, этот углеродный остаток до сих пор имел почти нулевое значение, сказал Тур.

Технический углерод, полученный из шин, или смесь измельченных резиновых шин и технического технического углерода может быть превращен в графен. Поскольку турбостратный графен растворим, его можно легко добавить в цемент, чтобы сделать бетон более экологически чистым.

Исследование, проведенное Туром и Рузбех Шахсавари из C-Crete Technologies, подробно описано в журнале Carbon .

В лаборатории Райса была обнаружена сажа, полученная из шин, и было обнаружено, что около 70% материала преобразовано в графен. При прошивке измельченных резиновых шин, смешанных с простой углеродной сажей для увеличения проводимости, около 47% превращается в графен. Элементы, помимо углерода, использовались для других целей.

Электрические импульсы длились от 300 миллисекунд до 1 секунды. Лаборатория подсчитала, что электричество, используемое в процессе преобразования, будет стоить около 100 долларов за тонну исходного углерода.

Исследователи смешали небольшое количество графена, полученного из шин – 0,1 вес.% (Вес.%) Для технического углерода шин и 0,05 вес.% Для технического углерода и измельченных шин – с портландцементом и использовали его для производства бетонных цилиндров. После семи дней отверждения цилиндры показали увеличение прочности на сжатие на 30% или более. Через 28 дней 0,1 мас.% Графена было достаточно для увеличения прочности обоих продуктов не менее чем на 30%.

«Это увеличение прочности частично связано с эффектом затравки 2D-графена для лучшего роста продуктов гидрата цемента, а частично из-за усиливающего эффекта на более поздних стадиях», Шахсавари .

Аспирант Райс Пол Адвинкула является ведущим автором статьи. Соавторами являются постдокторант Райс Дуй Луонг и аспирант Вейин Чен и Шиваранджан Рагураман из Крита. Тур – это T.T. и W.F. Кафедра химии Чао, а также профессор компьютерных наук, материаловедения и наноинженерии в Райс.

Управление научных исследований ВВС и Национальная лаборатория энергетических технологий Министерства энергетики поддержали исследования.

Источник: https://www.rice.edu/