Gepyrolyseerde plastic as is waardeloos, maar misschien niet voor lang.

Wetenschappers van Rice University hebben hun aandacht gericht op Joule-verwarming van het materiaal, een bijproduct van kunststofrecyclingprocessen. Een sterke schok van energie flitst het in grafeen.

De techniek van het laboratorium van Rice-chemicus James Tour produceert turbostratische grafeenvlokken die direct kunnen worden toegevoegd aan andere stoffen zoals films van polyvinylalcohol (PVA) die beter bestand zijn tegen water in verpakkingen en cementpasta en beton, hun druksterkte drastisch verhogen.

Het onderzoek verschijnt in het tijdschrift Koolstof .

Net als het flash-grafeenproces dat het lab in 2019 introduceerde, gepyrolyseerde as verandert in turbostratisch grafeen. Dat heeft zwakkere aantrekkelijke interacties tussen de vlokken, waardoor het gemakkelijker wordt om ze in oplossingen te mengen.

Afgelopen oktober, het Tour-lab rapporteerde over een proces om afvalplastic om te zetten in grafeen. Het nieuwe proces is nog specifieker, plastic dat niet door recycling wordt teruggewonnen, omzetten in een bruikbaar product.

"Dit werk versterkt de circulaire economie voor kunststoffen, " zei Tour. "Zoveel plastic afval wordt onderworpen aan pyrolyse in een poging het terug om te zetten in monomeren en oliën. De monomeren worden gebruikt bij herpolymerisatie om nieuwe kunststoffen te maken, en de oliën worden in tal van andere toepassingen gebruikt. Maar er is altijd een resterende 10% tot 20% as die waardeloos is en over het algemeen naar stortplaatsen wordt gestuurd.

"Nu kunnen we die as omzetten in flitsgrafeen dat kan worden gebruikt om de sterkte van andere kunststoffen en bouwmaterialen te verbeteren, " hij zei.

Bij pyrolyse wordt een materiaal verhit om het af te breken zonder het te verbranden. De producten van gepyrolyseerd, gerecycled plastic zijn onder meer energierijke gassen, stookolie, wassen, nafta en virgin monomeren waaruit nieuw plastic kan worden gemaakt.

Maar de rest - naar schatting 50, 000 ton in de Verenigde Staten per jaar wordt weggegooid.

"Recyclers maken geen grote winsten door goedkope olieprijzen, dus slechts ongeveer 15% van al het plastic wordt gerecycled, " zei Rice afgestudeerde student Kevin Wyss, hoofdauteur van de studie. "Ik wilde beide problemen bestrijden."

De onderzoekers voerden een paar experimenten uit om de geflitste as te testen, eerst het resulterende grafeen mengen met PVA, een biocompatibel polymeer dat wordt onderzocht voor medische toepassingen, brandstofcel polymeer elektrolyt membranen en milieuvriendelijke verpakkingen. Het werd tegengehouden door de slechte mechanische eigenschappen van het basismateriaal en de kwetsbaarheid voor water.

Het toevoegen van slechts 0,1% grafeen verhoogt de hoeveelheid spanning die het PVA-composiet aankan voordat het faalt met maximaal 30%, meldden ze. Het verbetert ook de weerstand van het materiaal tegen waterdoorlatendheid aanzienlijk.

Bij het tweede experiment ze observeerden een significante toename van de druksterkte door grafeen uit as toe te voegen aan portlandcement en beton. Sterker beton betekent dat er minder beton hoeft te worden gebruikt in constructies en wegen. Dat beperkt het energieverbruik en vermindert vervuilende stoffen bij de productie ervan.