Một mẫu graphene được làm từ vật liệu nhựa thải
và một mẫu xốp polyurethane gia cố bằng graphene (Ảnh: Jeff Fitlow/Rice
University)
Nghiên cứu sử dụng một kỹ thuật gọi là làm nóng flash joule
mà nhóm Đại học Rice đã trình diễn lần đầu
tiên vào năm 2020 để tạo ra graphene từ các vật liệu phế thải như thức ăn thừa,
nhựa và lốp xe cũ. Vật liệu phế thải được nghiền thành bột, sau đó sử dụng điện
áp cao để nung chúng đến nhiệt độ từ 2.027 đến 2.727 °C. Nhiệt đó nhanh chóng
chuyển đổi carbon trong vật liệu thành các mảnh graphene, trong khi các nguyên
tố khác được hóa hơi thành khí có thể được thu gom và sử dụng trong các quy
trình công nghiệp khác.
Đây không chỉ là một cách rẻ hơn nhiều để tạo ra graphene
mà còn cần ít năng lượng hơn và tận dụng được các vật liệu thường được đem đi
chôn lấp hoặc cho vào lò đốt. Và trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học tại Đại
học Rice đã chứng minh một cách mới mà chu trình có thể vận hành trong thế giới
thực.
Sau khi xem xét nghiên cứu ban đầu, các nhà nghiên cứu tại
Ford đã tìm đến phòng thí nghiệm của James Tour tại Đại học Rice để kiểm tra
xem liệu kỹ thuật này có thể được sử dụng để tái chế rác thải nhựa hỗn hợp từ
những chiếc xe đã hết tuổi thọ hay không. Do đó, công ty đã gửi đến hơn 4,5 kg
nhựa vụn từ các tấm cản, miếng đệm, thảm, thảm, ghế ngồi và vỏ cửa từ những chiếc
xe bán tải F-150 cũ. Điều quan trọng là, nhựa thậm chí không cần phải được phân
loại trước.
Đầu tiên, nhóm Đại học
Rice nghiền nguyên liệu thành bột mịn, sau đó tiến hành làm 2 bước. Trước hết,
bột được làm nóng với dòng điện thấp trong 10 đến 16 giây, tạo ra một vật liệu
nhựa có độ carbon hóa cao. Chỉ có 30% khối lượng ban đầu còn lại ở dạng rắn, với
phần lớn nó thoát khí ra ngoài hoặc tạo thành sáp và dầu giàu hydrocarbon mà
nhóm nghiên cứu cho biết cũng có thể là vật liệu công nghiệp hữu ích.
Tiếp theo, nhựa carbon hóa được chiếu bằng dòng điện cao thế,
chuyển 85% thành graphene. Phần còn lại, một lần nữa, được thải ra ngoài dưới dạng
hyđrô, ôxy, clo, silic và các kim loại vi lượng.
Kết quả là graphene có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng
mà chúng ta mong đợi từ vật liệu kỳ diệu này. Trong trường hợp này, nhóm Đại học
Rice đã gửi nó lại cho nhóm Ford để họ sử dụng vật liệu để gia cố xốp
polyurethane, được dùng để cách nhiệt xe nhằm ngăn tiếng ồn và giảm rung động.
Chỉ với 0,1% graphene tính theo trọng lượng, loại xốp mới có độ bền kéo cao hơn
34% và hấp thụ âm thanh tần số thấp tốt hơn 25%.
Để thực sự chứng minh tiềm năng tái chế vòng tròn, các mẫu
xốp này sau đó được gửi trở lại Đại học
Rice, nơi các nhà nghiên cứu đã chứng minh được rằng nó cũng có thể biến thành
graphene mới. Điều này cho thấy phương pháp này thực sự có thể hữu ích trong
các tình huống thực tế, mang lại đời sống mới cho các vật liệu phế thải.
LH (New Atlas)