科學家從廢輪胎提煉「石墨烯」,還把它加進水泥當超硬建材!

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全球人類每年產生 8 億個廢輪胎,大部分會被燒掉,或是磨碎後重新利用,然而也有 16% 的輪胎進垃圾掩埋場,佔據大量土地。近期,萊斯大學(Rice University)的研究團隊優化一種工藝,能將輪胎中的碳轉成石墨烯,並使用它們強化混凝土,不僅能處理廢輪胎,也能降低混凝土製造的碳排放。研究團隊將論文發表在《Carbon》期刊上。

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研究團隊從廢輪胎提煉石墨烯

實驗主導者 James Tour 與團隊在 2020 年開發名為「閃光」(flash)的製程,透過電擊廚餘、塑膠與其他碳源的方式,去除碳原子以外的元素,並將碳原子重組成有價值的渦輪石墨烯(turbostratic graphene)。它們的錯位層(misaligned layer)比從石墨中產生的石墨烯更容易溶解,因此更易於應用在複合材料中,例如添加到水泥中。

比起廚餘或塑膠,從橡膠提煉石墨烯的挑戰更大。Tour 的研究團隊透過廢輪胎的熱裂解(pyrolyzed)橡膠來優化這個過程。

研究團隊處理廢輪胎當中的炭黑(carbon black),將 70% 的材料轉成石墨烯。為了增加導電性,研究團隊將碎橡膠輪胎與普通碳黑混合,約 47% 的材料轉成石墨烯。轉換過程需要 300 毫秒到 1 秒之間的電脈衝,研究團隊計算消耗的電力,處理 1 噸的碳,成本約為 100 美元。

水泥加入石墨烯,強度提升 30% 以上

提煉出石墨烯後,研究團隊將它們與波特蘭水泥(Portland cement)混合,製造圓柱體狀的混凝土。固化 7 天後,該圓柱體的抗壓強度提升了 30% 以上。

Tour 表示,混凝土是全球生產最多的材料,但光是製造混凝土,就已經產生全球 9% 的二氧化碳排放量。Tour 認為,若能減少混凝土的使用量,就能降低碳排放量。另外,若能回收廢輪胎製造製造石墨烯,也能降低掩埋的廢輪胎量。

因此 Tour 總結,從廢輪胎提煉石墨烯並加到混凝土,其對環境的效益非常明顯。若能成功量產,將能為節能減碳貢獻一份力。

參考資料

Carbon》、《PhysOrg

(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Pixabay CC Licensed

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