Biến vỏ chuối thành ‘siêu vật liệu’
Các nhà khoa học đã phát triển kỹ thuật mới để biến hầu hết mọi loại rác thải có chứa carbon - từ vỏ chuối đến lốp xe hơi - thành mảnh graphene, một quá trình có thể mang lại tác động môi trường cực kỳ tích cực.
.jpg)
Ảnh: Jeff Fitlow.
“Flash graphene” là kỹ thuật nhanh với chi phí thấp, bao gồm việc đốt rác thải ở nhiệt độ 3000 độ Kevin (tương đương 2.727 độ C). Điều đó phá vỡ các liên kết carbon bên trong vật liệu mục tiêu, sau đó được tái cấu trúc thành graphene chỉ trong một phần nghìn giây. Việc này không chỉ cung cấp cho chúng ta cách sử dụng rác mà còn là cách sản xuất graphene hiệu quả và rẻ tiền, sau đó có thể được sử dụng theo nhiều cách thân thiện với môi trường.
Theo nhà hóa học James Tour từ Đại học Rice: “Thế giới ném ra 30 – 40% tất cả thực phẩm và chất thải nhựa là mối quan tâm trên toàn thế giới. Chúng tôi đã chứng minh rằng bất kỳ vật chất dựa trên carbon rắn, bao gồm cả chất thải nhựa hỗn hợp và lốp cao su, đều có thể biến thành graphene".
Các quy trình sản xuất graphene hiện tại dẫn đến graphene chất lượng thấp hoặc graphene chất lượng cao với khối lượng thấp. Tại đây, các nhà khoa học đã có thể phát triển kỹ thuật thu được một lượng kha khá những thứ tốt, trong thời gian nhanh hơn và với chi phí thấp hơn.
Tại trung tâm của hoạt động là phương pháp được gọi là sưởi ấm Joule, trong đó một luồng điện nhanh được sử dụng để tạo ra nhiệt độ cao. Đây là quá trình trước đây đã được các nhà khoa học sử dụng để tạo ra các hạt nano kim loại.
Nếu graphene có thể được tạo ra với giá rẻ, điều đó có nghĩa là nó có thể được sử dụng ở nhiều nơi hơn để giúp sản xuất ô tô hoặc quần áo, hoặc trong xi măng để liên kết bê tông (một quá trình chịu trách nhiệm cho khoảng 8% CO2 nhân tạo mỗi năm).
"Bằng cách tăng cường bê tông bằng graphene, chúng tôi có thể sử dụng ít bê tông hơn để xây dựng và sẽ tốn ít chi phí sản xuất và ít vận chuyển hơn. Về cơ bản, chúng ta bẫy các khí nhà kính như carbon dioxide và mêtan mà thực phẩm thải ra sẽ phát ra trong các bãi chôn lấp.
Chúng tôi đang chuyển đổi các nguyên tử cacbon thành graphene và thêm graphene đó vào bê tông, làm giảm lượng carbon dioxide được tạo ra trong sản xuất bê tông. Đó là một kịch bản môi trường có lợi khi sử dụng graphene", James Tour nói.
Các nhà nghiên cứu cho biết, kỹ thuật được phác thảo có thể giúp chuyển đổi các vật liệu như thực phẩm thải, chất thải nhựa, than cốc, than đá, dầu mỏ, gỗ vụn và than sinh học thành graphene có giá trị. Nó cũng sẽ tương đối dễ dàng để mở rộng quy mô.
Không có dung môi hoặc phụ gia hóa học được yêu cầu cho quá trình và các nguyên tố phi carbon được giải phóng dưới dạng khí. Hơn nữa, quá trình này tạo ra rất ít nhiệt dư thừa và thiết bị chứa sẽ mát khi chạm vào chỉ vài giây sau đó.
Graphene đã chứng tỏ giá trị của mình trong một loạt ứng dụng, bao gồm các thiết bị điện tử, sản xuất và làm sạch các chất ô nhiễm. Bây giờ các nhà khoa học có thể sản xuất nó với chi phí thấp hơn, trong khi tái sử dụng các vật liệu mà nếu không sẽ lãng phí. "Biến rác thành kho báu là chìa khóa cho nền kinh tế tuần hoàn", nhà khoa học vật liệu Rouzbeh Shahsavari từ Đại học Rice chia sẻ.
Nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nature.
Quang Tông