最新研究进展：汽车废塑料巧变石墨烯

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近日，莱斯大学(Rice University)和福特公司的研究人员合作，利用该校的闪速焦耳加热(flash Joule heating)工艺，将报废车辆中的塑料部件变成石墨烯。

运动型多功能汽车(SUV)中平均含有350Kg的塑料。如果不经过回收，这些塑料可能要长年累月地待在垃圾填埋场，造成环境污染。

这研究能将回收利用的汽车废塑料变成石墨烯，并通过一种节能技术将其用于制造新的汽车部件。这项研究结果为全球在用的14亿辆乘用车产生的需填埋垃圾，提供了一个潜在处理办法。

美国莱斯大学詹姆斯·图尔(James Tour)和研究生Kevin Wyss负责利用名为焦耳热闪蒸(flash Joule heating)的节能技术进行演示，将二手车塑料转换成高质量石墨烯。将混合的研磨塑料和焦炭添加剂(用于导电)封装在管中的电极之间，然后进行高压爆炸。突如其来的高温(高达近5000华氏度)使其他元素蒸发，并留下易于溶解的混层石墨烯。该技术使用电流加热碳，将其变成石墨烯，只需使用低成本设施，且无需对塑料进行分离或分类，也无需溶剂、熔炉或水。测试表明，加入石墨烯的泡沫(仅含0.1%或更少的石墨烯)，抗拉强度提高了34%，低频噪声吸收率提升25%。当新车报废时，这些泡沫可以再次变成石墨烯。

车辆上有数百种不同的塑料树脂、填充物和增强材料组合，难以进行分离，最终大部分混合塑料被焚烧掉了。Tour表示：“这些不是像塑料瓶那样的可回收材料，不能进行熔化和重塑。因此福特研究人员求助于莱斯的闪速焦耳加热工艺。”

近期有研究显示，将废塑料变成石墨烯是可行的，石墨烯是一种宝贵材料(每吨价值6万-20万美元)，具有高导电性和较高的热稳定性、化学稳定性等实用特性。这一过程或许是将汽车塑料回收变成石墨烯的可行手段。石墨烯有时也会作为部分汽车塑料的添加剂，提高强度和噪音吸收率

据以往研究评估，仅过去六年，汽车中使用的塑料就增加了75%，这是为了减轻重量和提高燃油经济性。因此，将混合的塑料废弃物进行分类回收，是汽车行业面临的长期问题之一。同时由于环境法规逐渐收紧，这一问题变得更加关键。Tour表示：“在欧洲，汽车制造商必须回收95%的报废材料，这是很难做到的。”

该项目结合生命周期分析(LCA)，将来自汽车闪速加热部件的石墨烯与其他方法生产的石墨烯进行比较，并评估回收效率。结果表明，与其他方法相比，利用闪速焦耳加热来制造石墨烯，可显著减少能耗、温室气体排放和用水。

福特研究中心专注于可持续性和新兴材料的技术专家Alper Kiziltas表示，自2018年以来，福特在其汽车中使用的聚氨酯泡沫材料高达60磅，其中约有2磅是石墨烯增强型聚氨酯泡沫材料。“从莱斯那里拿到石墨烯后，将其以很小的量加入泡沫中，可以看到材料性能显著改善。这为福特的应用提供了卓越的机械和物理性能，超出预期效果。”

相比传统的石墨烯生产方式，焦耳热闪蒸技术在能源需求、全球变暖作用、耗水量方面都更低。该项研究或成为朝着更环保石墨烯生产方式的一次进步。

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