蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，萊斯大學(xué)（Rice University）和福特公司的研究人員合作，利用該校的閃速焦耳加熱（flash Joule heating）工藝，將報(bào)廢車輛中的塑料部件變成石墨烯。

（圖片來源：萊斯大學(xué)）

運(yùn)動(dòng)型多功能汽車（SUV）中平均含有350Kg的塑料。如果不經(jīng)過回收，這些塑料可能要長年累月地待在垃圾填埋場(chǎng)。

該項(xiàng)目由萊斯化學(xué)家James Tour和研究生兼主要作者Kevin Wyss負(fù)責(zé)，旨在重復(fù)利用石墨烯，制造用于新車的增強(qiáng)型聚氨酯泡沫。測(cè)試表明，加入石墨烯的泡沫（僅含0.1%或更少的石墨烯），抗拉強(qiáng)度提高了34%，低頻噪聲吸收率提升25%。當(dāng)新車報(bào)廢時(shí)，這些泡沫可以再次變成石墨烯。

Tour表示：“福特給實(shí)驗(yàn)室寄來10磅混合塑料廢棄物。這些材料已經(jīng)過汽車粉碎設(shè)施粉碎，又爛糊又潮濕。實(shí)驗(yàn)室對(duì)其進(jìn)行閃速加熱后，將所得到的石墨烯送回福特公司。該公司將石墨烯加入新的泡沫復(fù)合材料中，并實(shí)現(xiàn)了預(yù)期效果。然后福特寄來新復(fù)合材料，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行閃速加熱，再把它們變回石墨烯。這是一個(gè)很好的循環(huán)回收的例子?！?/p>

據(jù)以往研究評(píng)估，僅過去六年，汽車中使用的塑料就增加了75%，這是為了減輕重量和提高燃油經(jīng)濟(jì)性。因此，將混合的塑料廢棄物進(jìn)行分類回收，是汽車行業(yè)面臨的長期問題之一。同時(shí)由于環(huán)境法規(guī)逐漸收緊，這一問題變得更加關(guān)鍵。Tour表示：“在歐洲，汽車制造商必須回收95%的報(bào)廢材料，這是很難做到的?！?/p>

車輛上有數(shù)百種不同的塑料樹脂、填充物和增強(qiáng)材料組合，難以進(jìn)行分離，最終大部分混合塑料被焚燒掉了。Tour表示：“這些不是像塑料瓶那樣的可回收材料，不能進(jìn)行熔化和重塑。因此福特研究人員求助于萊斯的閃速焦耳加熱工藝?！?/p>

2020年，Tour的實(shí)驗(yàn)室提出利用“閃速焦耳加熱”方法來制造石墨烯，將混合的研磨塑料和焦炭添加劑（用于導(dǎo)電）包裹在管中的電極之間，然后進(jìn)行高壓爆炸。突如其來的高溫（高達(dá)近5000華氏度）使其他元素蒸發(fā)，并留下易于溶解的混層石墨烯。該工藝不需要溶劑，并可充分降低能耗，從而顯著提高環(huán)境效益。

為了測(cè)試是否可以轉(zhuǎn)化廢棄混合塑料，該實(shí)驗(yàn)室在不對(duì)組件進(jìn)行清洗或預(yù)先分類的情況下，利用來自報(bào)廢F-150皮卡的塑料保險(xiǎn)杠、墊圈、地墊、座椅和門殼等，將由這些組件制成的粉碎物質(zhì)研磨成細(xì)粉末。

在實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員分兩步閃速加熱粉末。在專門設(shè)計(jì)的加熱器中，首先通入小電流，然后使用大電流。在小電流下對(duì)這些粉末加熱10-16秒，就會(huì)產(chǎn)生高度碳化的塑料，約占初始體積的30%。另外70%以氣體形式排出，或以富含碳?xì)浠衔锏南灪陀偷男问交厥铡Ｈ缓?，?duì)碳化塑料進(jìn)行大電流閃速加熱，將85%的塑料轉(zhuǎn)化為石墨烯，同時(shí)釋放出氫氣、氧氣、氯、硅和微量金屬雜質(zhì)。

該項(xiàng)目結(jié)合生命周期分析（LCA），將來自汽車閃速加熱部件的石墨烯與其他方法生產(chǎn)的石墨烯進(jìn)行比較，并評(píng)估回收效率。結(jié)果表明，與其他方法相比，利用閃速焦耳加熱來制造石墨烯，可顯著減少能耗、溫室氣體排放和用水。

福特研究中心專注于可持續(xù)性和新興材料的技術(shù)專家Alper Kiziltas表示，自2018年以來，福特在其汽車中使用的聚氨酯泡沫材料高達(dá)60磅，其中約有2磅是石墨烯增強(qiáng)型聚氨酯泡沫材料?！皬娜R斯那里拿到石墨烯后，將其以很小的量加入泡沫中，可以看到材料性能顯著改善。這為福特的應(yīng)用提供了卓越的機(jī)械和物理性能，超出預(yù)期效果。”

福特公司顯然很重視使用石墨烯。該公司首次將石墨烯引入其他各種罩下組件，并于2020年采用石墨烯增強(qiáng)型發(fā)動(dòng)機(jī)罩。據(jù)稱該公司還希望，利用石墨烯來加固硬塑料。Mielewski表示：“隨著福特向電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)型，與萊斯的合作發(fā)現(xiàn)將發(fā)揮重要作用。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)不再產(chǎn)生噪音，可以更清楚地聽到車內(nèi)外的聲音。降噪非常關(guān)鍵，寶馬迫切需要能夠更好地吸音減振的泡沫材料。只用少量石墨烯，即可產(chǎn)好良好的噪音緩解效果，這正是其意義所在?！?/p>

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