Çöpten pahalı grafene, sadece birkaç milisaniye sürebilir
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Rice Üniversitesi tarafından geliştirilen "flaş grafen" teknolojisi, her türlü atığı bir ışık ve ısı patlamasıyla grafene dönüştürebilir. 10 milisaniye içinde herhangi bir karbon kaynağı bu değerli iki boyutlu malzemeye dönüştürülebilir. Resim kaynağı: Jeff Fitlow / Rice Üniversitesi
Yazan: Mike Williams
Çeviri: Zhang Yuzhe
Yorumcu: Dong Zichenxi
Çöpü grafene çevirin
Rice Üniversitesi kimyager James Tour'un araştırma ekibi tarafından geliştirilen yeni bir yöntem: Tüm karbon kaynaklı malzemeleri pahalı grafen pullarına dönüştürebilir. Ayrıca bu yöntem hızlı ve ucuzdur. Tour, diğer grafen üretim yöntemlerine kıyasla, "Flash Graphene" Teknolojisi Bir ton kömürü, yiyecek atığını ve plastiği grafene dönüştürmek yalnızca küçük bir miktar enerji gerektirir.
Tour, "Bu teknoloji çok önemli," diyor. "Yolsuzluk nedeniyle her yıl dünyadaki yiyeceklerin% 30 ila% 40'ı çöpe atılıyor. Ek olarak, büyük miktarda plastik atığın çözülmesi de büyük bir sorun. Katı karbon bazlı herhangi bir malzemenin olduğunu doğruladık. , Karışık plastik atıklar ve lastik lastikler dahil olmak üzere grafene dönüştürülebilir. "
Nature'da yayınladıkları gibi, karbon içeren malzemeleri 10 milisaniye içinde 3000 Kelvin'e (yaklaşık 5000 Fahrenheit) ısıtmak flaş grafen üretebilir. Hammadde hemen hemen her türlü karbonlu malzeme olabilir.Yemek kalıntısı, plastik atık, petrol kok kömürü, odun talaşı ve biyokömürün hepsi mükemmel hammaddelerdir. Tour ayrıca, "Şu anda grafenin piyasa fiyatı ton başına 67.000 ila 200.000 ABD Doları arasındadır. Bu nedenle, bu teknolojinin geleceği çok geniştir."
Tour, çimentonun çimentosuna sadece% 0,1 flaş grafen eklemenin devasa çevresel etkisini üçte bir oranında azaltabileceğini söyledi. Raporlara göre, çimento üretiminden kaynaklanan yıllık karbondioksit emisyonları, insan karbondioksit emisyonlarının yaklaşık% 8'ini oluşturuyor.
Bu toplu üretilen işlemin, karbon içeren herhangi bir malzemeyi hızlı bir şekilde büyük miktarda grafene dönüştürmesi bekleniyor. Resimde soldan sağa lisans stajyeri Christina Crassas, kimyager James Tour, lisansüstü öğrenciler Weiyin Chen ve Duy Luong.
Tour, "Betonu güçlendirmek için grafen kullanmak, binalardaki beton miktarını azaltabilir ve beton üretimi ve nakliyesinin enerji tüketimini daha da azaltabilir," diye ekliyor. Karbondioksit ve metan dahil. Bu karbonu grafene dönüştürüp betona katarak üretilen betondan salınan karbondioksit miktarını azaltıyoruz. Bu nedenle grafen üretmek için bu teknolojiyi kullanmak bir kazan-kazan çevre çözümü. "
Makalenin ortak yazarı ve Rice Üniversitesi'nde inşaat ve çevre mühendisliği, malzeme bilimi ve nano mühendislik doçenti olan Rouzbeh Shahsavari, "Atıkları hazineye dönüştürmek döngüsel ekonominin anahtarıdır. Tour ve diğerleri tarafından geliştirilen teknolojide grafen iki boyutlu bir malzeme olarak kullanılıyor. Ve güçlendiriciler, çimentonun hidrasyonunu ve mukavemetini kontrol edebilir. "Aynı zamanda C-Crete Technology'nin başkanıdır.
Tur geçmişte devam etti, grafen yüksek fiyatı nedeniyle yukarıdaki uygulamaları başaramadı. Flaş buharlaştırma işlemi yalnızca atık bertarafını iyileştirmemize yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda üretim maliyetlerini de önemli ölçüde azaltır. Bu yöntemi kullanmak karbonu sabitleyebilir ve tekrar atmosfere girmesini engelleyebilir.
Bu işleme teknolojisi, Rice Üniversitesi'nin kısa süre önce duyurduğu "Sıfır Emisyonlu Gelecek Yaratmak" girişimiyle çok tutarlıdır. Bu girişim, petrol ve gazdaki hidrokarbonların hidrojen ve katı karbon üretmek için yeniden kullanılması ve böylece sıfır karbondioksit emisyonu elde edilmesini talep etmektedir. Flaş grafen işlemi, katı karbonu, beton, asfalt, inşaat, otomobil ve giyim gibi sektörlerde kullanılabilen grafene dönüştürebilir. "
Yeni yöntemlerin keşfi
Tour'un laboratuvarında, makalenin ilk yazarı ve Rice Üniversitesi'nde yüksek lisans öğrencisi olan Duy Luong, grafenin önceki hazırlama teknolojisini geliştirmek için bu yöntemi geliştirdi. Bu teknolojiler, daha yüksek ekonomik ve işçilik maliyetleri gerektiren grafen elde etmek için grafitten soyma ve metal folyo üzerine kimyasal buhar biriktirmeyi içerir.
Bu yöntemin bir avantajı, "Türbin katmanı" grafen, katmanlar arasında çok sıkı bir şekilde istiflenmemiştir ve ayrılması kolaydır . Tour, "Grafitten grafenin pul pul dökülmesi gibi üretim yöntemleri, AB-yığılı çift katmanlı grafen üretir. Katmanlar birbirlerine güçlü bir şekilde çekildiğinden, onları ayırmak zordur."
Türbin katmanı grafeni, katmanlar arasındaki çok küçük bağlanma kuvveti nedeniyle kolayca ayrılabilir. Çözelti veya kompozit malzeme karışımı içindeki bu tür grafen ayrıştırılır. Tur, "Bu çok önemli çünkü artık tek bir atomik katman (grafen) elde edebiliriz" dedi.
Laboratuvar, kahve telvelerinin saf tek katmanlı grafene dönüştürülebileceğini fark etti. Araştırmacılar, grafen takviyeli beton ve plastikleri test ettikten sonra, parlatılmış grafenin plastik, metal, kontrplak, beton veya diğer yapı malzemeleriyle kompozitler oluşturabileceğini söylediler.
Bu yanıp sönme işlemi, özel bir reaksiyon kabında gerçekleşir. Hammadde hızlı ısıtılır ve karbon olmayan elementler gaz olarak boşaltılır. . Tour, "Bu süreç sanayileştiğinde, oksijen ve nitrojeni içeren küçük molekül emisyonları da toplanacak çünkü bunlar da değerli." Tour, flaş buharlaştırma işleminin neredeyse hiç fazla ısı üretmediğini söyledi. Tüm enerji ürünü oluşturmak için kullanılır. "Reaksiyon bittikten birkaç saniye sonra parmağınızı reaksiyon kabına koyabilirsiniz."
Şöyle devam etti: "Grafen üretmek için kullanılan kimyasal buhar biriktirme fırınına kıyasla, Yanıp sönen sıcaklık neredeyse üç katına çıktı Ancak flaşlama işleminde tüm ısı karbonlu malzeme üzerinde depolanır ve çevreleyen reaksiyon kabı herhangi bir enerji absorbe etmez. Fazla enerji çok güçlü bir flaşla serbest bırakılacaktır. Ayrıca bu işlemde başka solüsyonlar kullanmaya gerek yok, çok temiz. "
Luong, karbon siyahı örneğinin yeni durumunu keşfetmek için küçük bir cihazı ilk kez çalıştırdığında, grafen bulmayı beklemiyordu. "Science dergisindeki bir makaleden Joule ısı flaş buharlaştırma teknolojisinin faz değiştirmeli metal nanopartiküller üretebileceğini öğrendim." Daha sonra Luong kısa süre sonra bu sürecin yalnızca yüksek kaliteli metal nanopartiküller ürettiğini fark etti. Grafen.
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Rice Üniversitesi'ndeki bilim adamları, çöpleri türbin tabakalı grafene dönüştürmek için "flaş grafen" teknolojisini kullanıyor.
Rice Üniversitesi araştırmacısı ve ortak yazar Ksenia Bets atom düzeyinde simülasyonlarla, sıcaklığın hammaddelerin hızlı dönüşümünde kilit bir faktör olduğunu belirledi. Bahisler, "Temelde biz Karbonu yavaşça temel duruma (grafit) dönüştüren jeolojik süreci hızlandırın . Reaksiyon sürecini son derece yüksek sıcaklıklarla hızlandırdık ve doğru grafen durumu oluştuğunda durduk. "
Bets, "En yeni bilgisayar simülasyon teknolojisinin bu reaksiyonun dinamiklerini önemli ölçüde yavaşlatarak atomik hareket ve dönüşümün yüksek sıcaklık düzenlemesinin ayrıntılarını ortaya çıkarması şaşırtıcı." Son zamanlarda ABD Enerji Bakanlığı tarafından finanse edilen kömür dönüştürme projesinin desteği sayesinde. Tour, önümüzdeki iki yıl içinde günde 1 kilogram flash grafen üretmeyi umuyor. "Bu, büyük miktarlarda kömür için bir çıkış yolu sağlayabilir ve onu ucuza daha yüksek kaliteli inşaat malzemelerine dönüştürebilir."
Orijinal bağlantı:
https://phys.org/news/2020-01-lab-trash-valuable-graphene.html
Bu makale, WeChat kamu hesabı "Global Science" (ID: huanqiukexue) yetkisiyle çoğaltılmıştır.
Yeniden yazdırmak için lütfen newmedia@huanqiukexue.com ile iletişime geçin
Editör: Dannis
Görüntülemek için başlığa tıklayın
1. Fizik yasaları size şunu söylüyor: İtiraf çok büyük bir kayıp olabilir ve ayrıldıktan sonra kan kazanmanız gerekir
2. Şok! Dün diktiğiniz süpürge NASA'yı gerçekten endişelendirdi
3. Alkol ve 84 dezenfektan birlikte kullanılabilir mi?
4. Tek kullanımlık tıbbi maskeler nasıl yapılır? Nasıl dezenfekte edilir?
5. Matematik eğlencelidir Bu dev takım, matematik ve fen alanlarında bir grup doktorla birlikte sahayı taradı.
6. "Sıcaklık ölçme tabancası" sıcaklığınızı nasıl ölçer?
7. 0 derece su ile 100 derece su karıştırılarak 50 derece su elde edilebilir mi?
8. İnsanlar neden öpüşmeyi sever?
9. Virüs nereden geliyor?
10. İlk görüşte aşk güvenilir midir?
