突破性进展:科技——变废为宝

行业新闻 2020/04/27 15:32

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你相信吗?垃圾也可以转化为石墨烯!年初美国莱斯大学James Tour的研究团队在《NATURE》上发表了一篇题为“Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis”的论文,详细介绍了低成本、高品质、快速合成石墨烯的方法—闪速焦耳加热(flash Joule heating, FJH)技术,在一秒钟内将煤炭、石油焦炭、生物炭、炭黑、食品废弃物、废橡胶轮胎和塑料垃圾等任何碳基材料转化成石墨烯,实现变废为宝。据悉全世界每年因腐败而扔掉的食物多达30%-40%,此外大量塑料垃圾的处理也是一大难题。该技术有望为废弃食品和塑料垃圾处理提供新思路,兼具环保性和经济性。

拥有优异光学、电学、力学特性的石墨烯,被认为是一种未来革命性的材料。借助“石墨烯+”平台,可以促进一大批传统材料的性能提升与应用范围拓展,同时衍生出一系列性能优异的新一代产品,在锂离子电池、太阳能电池、超级电容器、传感器、微纳加工、柔性显示、半导体行业、生物医药、复合材料等领域均有良好的应用前景。目前石墨烯规模化制备技术(如氧化还原法、机械剥离法、化学气相沉积法等)逐渐成熟,但仍存在产率低、产物尺寸小、杂质含量高、缺陷多等问题,高产率、高品质的石墨烯材料的生产依旧具有较大的技术难度。

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与以往制备方法不同的是,闪速焦耳加热技术不需要使用反应炉、溶剂或者反应性气体,制备过程中仅消耗7.2 KJ电能就可制得1g石墨烯,而且产量完全取决于原料中碳的含量,如果使用高碳含量的炭黑、无烟煤或煅烧焦炭作为原料,石墨烯产率高达80-90%,不需要纯化,产品纯度就可超过99%。对此,美国德克萨斯大学达拉斯分校Ray Baughman院士给出高度评价:这项工作无论从科学角度,还是从实践角度来看都是开创性的!因为它有望使石墨烯便宜到足以用来增强沥青或油漆。

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基于这一成果,石墨烯价格有望大幅下降,塑料行业可以充分利用石墨烯的性能优势,开发出具有特殊性能的塑料,使传统塑料的性能得到进一步提升,实现通用塑料工程化、工程塑料高性能化,从而提升塑料产品的附加值,进一步推动传统塑料企业的转型升级,加速新旧动能转换。

研发中心自成立以来,一直致力于石墨烯高分子复合材料的研发,“PVC+”、“石墨烯+”新材料产品相继问世,推出了石墨烯/PVC原位聚合树脂、石墨烯PVC矿用管材专用料、石墨烯软质防静电地板料、水处理专用PVC环保注塑料、PVC高抗冲料等系列,赋予PVC新的电学、热学和机械强度等性能的同时,也拓展了石墨烯在PVC领域的应用。目前中心研发人员也正着力研究石墨烯与其他高分子材料结合,开发导电系列产品、导热系列产品、高性能复合物系列产品等,努力实现通用塑料的工程化和工程塑料的高性能化。(研发部)