莱斯大学与福特合作将废旧汽车塑料“变身”石墨烯，有望惠及全球14亿辆在用乘用车
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麻省理工科技评论-莱斯大学与福特合作将废旧汽车塑料“变身”石墨烯，有望惠及全球14亿辆在用乘用车
根据 2020 年发表在 Sustainability 的一项研究，“目前全球在用的乘用汽车约 14 亿辆[1]。”
实际上，处置报废车辆进行是一个紧迫的环境问题。一般来说，废旧汽车中金属会被分类回收，但对于其中的塑料最常见的处理方式就是将它们直接送至垃圾场填埋，这不仅对环境造成巨大压力，同时又是一种资源浪费。
近日，莱斯大学团队与福特汽车合作，通过节能新技术把报废汽车中可回收的塑料“变身”成石墨烯。
既能缓解大量的垃圾处理压力，又将塑料“变废为宝”合成新石墨烯用来制造新汽车聚氨酯泡沫塑料。该研究为报废汽车中的塑料回收，及更绿色、可持续的石墨烯生产方式提供了一种新选择。
5 月 26 日，相关论文以《将报废汽车废塑料升级为闪蒸石墨烯》（Upcycling end-of-life vehicle waste plastic into flash graphene）为题发表在 Communications Engineering 上[2]。
在 2015 年的一项研究中，科学家对轻质材料的应用进行了展望。根据该研究预估，“在过去的 6 年中，车辆中使用的塑料量大约增加了 75%，达到每辆车 350 公斤，以减轻重量以提高燃油经济性。”他们推测，轻质材料可大量地用于制造新开发的车辆，包括电动和电动、混合动力车辆等[3]。
受此启发，莱斯大学团队使用焦耳热闪蒸技术将去污染、拆卸和切碎的废塑料转变为具有价值的石墨烯。然而，将报废汽车中的塑料回收的难点在于，其性质与塑料瓶可融化和重塑的性质不同。
因此，该团队使用了新方法，他们从 2020 年便开始探索焦耳热闪蒸技术。通过该技术，将煤、食物垃圾或塑料等碳基物品加热至 5000 华氏度，然后在 10 毫秒就可转化为具有价值的石墨烯。
从投入成本和价值来看，据该团队预计该技术的对塑料废物的电能成本仅为 125 美元/吨，而与之对比的是，石墨烯的价格在 6 万至 20 万美元/吨。那么，这种将混合废塑料合成为石墨烯的新技术会不会十分复杂呢？
实际上，焦耳热闪蒸技术的生产方式是绿色环保、可持续发展的。该方法也极为简便，只需要将所有塑料在混合状态下转变，而不用对塑料分离或分类，也无需使用溶剂或水。
为确定报废的混合塑料的具体转化效果，该团队将报废的福特 F-150 皮卡车的塑料保险杠、垫圈、地毯、垫子、座椅和门框等进行了混合粉碎，使用福特汽车的 10 磅汽车废塑料作为原料进行实验。
他们首先通过焦耳热闪蒸技术实现了废塑料变为石墨烯。然后，该团队将石墨烯返还福特，作为汽车部件的制作材料。并且验证了新制成的石墨烯可为新汽车增强材料质地，以及实现吸音降噪的功能，通过这种新方法将废塑料和有价值的石墨烯如此循环地利用。
将石墨烯作为制造新汽车聚氨酯泡沫塑料的材料，有怎样的效果呢？该团队通过系列测试发现，石墨烯的加入有助于材料各方面性能的提升。他们证明了石墨烯作为汽车聚氨酯泡沫复合材料中的增强剂的实用价值，其引入可提高拉伸强度和低频噪声吸收性能。
其中，加入 0.1% 或更少重量的石墨烯后，相关材料在拉伸强度方面提升 34%，而低频噪声吸收的性能则提升 25%。并且，研究人员还证明了这种将混合废旧塑料转变为石墨烯工艺的连续性。
该论文通讯作者、莱斯大学化学系教授詹姆士·图尔（James Tour）表示，“按类型对混合的报废塑料进行回收利用一直是汽车行业长期的问题，而且由于围绕报废车辆的潜在环境法规，这一问题变得越来越重要。在欧洲，汽车制造商只允许填埋 5% 的车辆，这意味着他们必须回收 95%。”
据悉，福特已将该材料应用在其汽车引擎盖下方部件，还在 2020 年新增了石墨烯增强型发动机罩。此外，福特还计划应用该材料用来增强硬材料。
-End-
参考：
https://news.rice.edu/news/2022/cars-could-get-flashy-upgrade
1.Laborda, J. & Moral, M. J. Automotive aftermarket forecast in a changing world: the stakeholders’ perceptions boost! Sustainability 12, 7817 (2020).
https://doi.org/10.3390/su12187817
2.Wyss, K.M., De Kleine, R.D., Couvreur, R.L. et al. Upcycling end-of-life vehicle waste plastic into flash graphene. Communications Engineering 1, 3 (2022). https://doi.org/10.1038/s44172-022-00006-7
3.Lyu, MY., Choi, T.G. Research trends in polymer materials for use in lightweight vehicles. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 16,213–220 (2015). https://doi.org/10.1007/s12541-015-0029-x
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