Effiziente Nutzung von Kunststoffabfällen
Labor der Rice University leitet potenzielle Umweltgefahr in nützliches Material um
Kunststoffabfälle werden dank ACDC wieder schwarz wie reines Graphen. So nennen die Wissenschaftler der Rice University das von ihnen angewandte Verfahren zur effizienten Nutzung von Kunststoffabfällen, die sonst zu den Umweltproblemen unseres Planeten beitragen würden. In diesem Fall hat das Labor des Rice-Chemikers James Tour sein Verfahren zur Herstellung von Flash-Graphen modifiziert, um es für das Recycling von Kunststoff zu Graphen zu verbessern.
Flash-Graphen, das von einem Labor der Rice University aus Kunststoff hergestellt wird, beginnt als Post-Consumer-Kunststoff, der von einem Recycler geliefert wird. Es wird dann mit Ruß gemischt und über zeitgesteuerte Wechsel- und Gleichstromimpulse zu turbostratischem Graphen verarbeitet.
Tour Group/Rice University
Anstatt die Temperatur einer Kohlenstoffquelle mit Gleichstrom zu erhöhen, wie es im ursprünglichen Verfahren der Fall war, setzt das Labor Kunststoffabfälle zunächst etwa acht Sekunden lang einem hochintensiven Wechselstrom aus, gefolgt von einem Gleichstromstoß.
Bei den Produkten handelt es sich um hochwertiges turbostratisches Graphen, eine wertvolle und lösliche Substanz, die zur Verbesserung von Elektronik, Verbundwerkstoffen, Beton und anderen Materialien verwendet werden kann, sowie um Kohlenstoffoligomere, Moleküle, die aus dem Graphen zur Verwendung in anderen Anwendungen abgelassen werden können.
"Wir produzieren in unserem Flashing-Prozess eine beträchtliche Menge Wasserstoff, der ein sauberer Brennstoff ist", sagte Rice-Absolvent und Hauptautor Wala Algozeeb.
Tour schätzte, dass das ACDC-Verfahren im industriellen Maßstab Graphen für etwa 125 Dollar Stromkosten pro Tonne Kunststoffabfall produzieren könnte.
"Wir haben in der Originalarbeit gezeigt, dass sich Kunststoff umwandeln lässt, aber die Qualität des Graphens war nicht so gut, wie wir es wollten", sagte Tour. "Durch die Verwendung einer anderen Folge von elektrischen Impulsen können wir jetzt einen großen Unterschied feststellen.
Er stellte fest, dass die meisten Kunststoff-Recyclingtechnologien weltweit ineffektiv sind und dass nur etwa 9% des produzierten Kunststoffs recycelt werden. Am berüchtigsten sei eine Insel mit Kunststoffabfällen von der Größe von Texas, die sich im Pazifischen Ozean gebildet habe.
"Wir müssen uns damit befassen", sagte er. "Und es gibt noch ein weiteres Problem: Mikroben im Ozean, die Kohlendioxid in Sauerstoff umwandeln, werden durch Abbauprodukte des Kunststoffs behindert, und sie kehren den Prozess um, nehmen Sauerstoff auf und wandeln ihn in Kohlendioxid um. Das wird für den Menschen sehr schlecht sein".
Tour bemerkte, dass die Umwandlung von Flash Joule einen Großteil der Kosten eliminiert, die mit dem Recycling von Kunststoffen verbunden sind, einschließlich der Sortierung und Reinigung, die Energie und Wasser benötigen. "Anstatt Plastik zu Pellets zu recyceln, die für 2.000 Dollar pro Tonne verkauft werden, könnte man es zu Graphen aufbereiten, das einen viel höheren Wert hat", sagte er. "Es gibt sowohl einen wirtschaftlichen als auch einen ökologischen Anreiz.
Trotz der überwältigenden Menge an Plastikrohstoffen sei es kein Problem, zu viel Graphen zu haben, sagte Tour. "Was auch immer man mit Kohlenstoff macht, wenn man ihn einmal aus dem Boden von Öl, Gas oder Kohle aufgenommen hat, landet er im Kohlendioxidkreislauf", sagte er. "Das Schöne an Graphen ist, dass es unter vielen Bedingungen nur sehr langsam biologisch abgebaut wird, so dass es in den meisten Fällen erst nach Hunderten von Jahren wieder in den Kohlenstoffkreislauf gelangt.
Er bemerkte, dass die Forscher daran arbeiten, den Flash-Graphen-Prozess für andere Materialien, insbesondere für Lebensmittelabfälle, zu verfeinern. "Wir arbeiten daran, eine gute Impulsfolge zu erzeugen, um Lebensmittelabfälle in sehr hochwertiges Graphen mit so wenig Emissionen wie möglich umzuwandeln", sagte er. "Wir setzen maschinelle Lernprogramme ein, damit wir wissen, wohin wir gehen müssen.
Die neue Studie schließt sich an eine andere kürzlich erschienene Arbeit an, die Flash-Graphen charakterisiert, das aus Ruß mittels Gleichstrom-Joule-Heizung hergestellt wird. Dieses Papier, ebenfalls in ACS Nano, kombinierte Mikroskopie und Simulationen, um zwei unterschiedliche Morphologien zu zeigen: turbostratisches Graphen und faltige Graphenplatten. Die Studie beschrieb, wie und warum die umgeordneten Kohlenstoffatome die eine oder andere Form annehmen würden und dass das Verhältnis durch die Anpassung der Blitzdauer gesteuert werden kann.
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