Azom与James Tour和Ph.D.教授进行了交谈。赖斯大学的候选人凯文·维斯（Kevin Wyss）关于他们的研究，他们将废弃的汽车零件置于高质量的涡轮质石墨烯中。

请您介绍自己，背景以及如何开始研究石墨烯材料？亚博网站下载

James Tour（JT）：赖斯大学化学教授

凯文·韦斯（KW）：嗨，我叫凯文·韦斯（Kevin Wyss），我是NSF研究生研究员和博士学位。莱斯大学的候选人。我于2019年来到稻米时开始研究材料化学研究。亚博网站下载此前，在奥本大学的本科生期间，我从事有机，协调和超分子化学工作。当我来到赖斯大学时，Tour's Lab教授刚刚开始从事Flash Joule Heating和Flash石墨烯 - 我知道我无法错过在如此新的令人兴奋的领域工作的机会，而且我学到了很多东西。

旧车或废弃的车辆产生了多少废物，为什么这是一个问题？

KW：随着汽车努力提高燃油效率，每辆车的塑料量平均增加到350千克。当汽车变老并最终被切碎时，将金属除去，塑料通常会燃烧或填埋，从而导致环境问题。这意味着每年数百万公斤的塑料，因为廉价有效的回收方法尚不常见。欧洲联盟实施了临终工具指令，以确保在2015年之前回收了95％的原材料。但是，由于塑料回收的费用，几乎所有国家仍然无法满足亚博网站下载这些准则今天。

您的研究创建了一个过程，可以使塑料零件从废弃的汽车升级为石墨烯。您能描述可能通过的方法吗？

JT：在我们的过程中，我们从来自商用汽车塑料脱衣舞娘的车辆末期废物塑料开始。这很脏，各种聚合物混合在一起。我们将其磨碎成小块，然后使用闪光灯焦耳加热将其升级，在那里我们通过塑料将电流传递给电流，并添加了一点点煤炭以进行导电。该电流将样品加热，首先碳化塑料，然后将其转换为高质量的涡轮质石墨烯，均在不到30秒的时间内。

在这个快速的加热过程中，浪费塑料崇高的所有污染物都可以使用石墨烯粉，可以在没有任何进一步纯化的情况下使用！因此，我们向福特汽车公司发送了20克我们的石墨烯，以在他们在汽车中使用的新的下一代石墨烯纳米复合材料进行测试。福特将我们的石墨烯放入了新的复合材料中，它做到了所有预期的事情 - 取消和声音。然后他们向我们发送了这些石墨烯泡沫复合材料，我们再次将它们全部刷新成新的石墨烯。您看到无尽升级的前景吗？

回收和升级有什么区别？

KW：塑料的回收是众所周知的 - 将废物聚合物或化学转化为塑料产品，可以在相同或相似的应用中再次使用。但是，回收过程的成本通常比制造初榨聚合物产品更高或更多的时间和资源密集型。

相比之下，升级将废物聚合物转换为更有价值的产品，在这种情况下为石墨烯。目前，石墨烯的价格可能超过每吨60,000美元，其价值比HDPE聚合物的每吨价值约2,000美元高得多。由于具有高价值产品，因此通常将升级视为使负责处理聚合物废物经济上可行和激励的一种方式。另外，某些类型的塑料（例如泡沫座垫）无法回收。它们主要是垃圾填埋，但可以使用我们的过程进行升级。

图片来源：Simon Annable/Shutterstock.com

该过程中可以使用哪些应用程序？

JT：石墨烯最终开始看到大规模的工业应用。自2020年2月以来，所有福特汽车至少在泡沫垫子座椅和隔离层隔热层中都含有石墨烯 - 因此，石墨烯可以在您的车道上。当我们在加强应用中测试时，我们的升级石墨烯产品与商业石墨烯相比具有相似或优越的性能。

KW：我们使用闪光灯加热生产的石墨烯已用于多种材料复合材料 - 从水泥到聚氨酯泡沫和其他聚合物，甚至是聚乙烯醇膜。石墨烯可以显着改善复合材料的机械吸收和水分稳定性。

我们的石墨烯产品的其他应用是在可充电电池或超级电容器和电催化中的电化学能源存储中。涂料，过滤器或墨水可能是我们石墨烯产品的其他应用。

新生产的材料与通过常规手段制造的材料的性质如何相比？亚博网站下载

JT：大多数用于散装应用的石墨烯是由石墨的超声或电化学上的剥落来制造的。我们的是自下而上的合成，我们通过碳碳键的组装制成石墨烯。

KW：与市售石墨烯相比，我们发现我们的升级石墨烯产品是可分散的两倍以上。将石墨烯分散在溶剂中通常是在复合材料等应用程序中使用它的第一步，因此它是必不可少的属性。尽管这取决于制造方法，但我们经常发现我们的石墨烯产品也比大多数商业石墨蛋白更纯净，质量更高。

汽车制造商福特汽车公司与您合作就进行了这项研究。他们的角色是什么，有立即商业利益的感觉如何？

KW：福特在研究过程的每个阶段都为我们提供了很大的帮助。他们向我们提供了来自垃圾填埋F-150卡车的真实寿命终止浪费塑料，并用石墨烯增强了汽车聚合物泡沫，其可持续性专家帮助我们进行了生命周期评估。作为一名研究生，看到福特的兴趣并对工业中发生的材料化学产生理解和欣赏是很充实的。

这种方法有多可扩展？我们何时以及如何将其应用于大多数寿命终止车辆？

JT：汽车废物塑料的规模，数百万公斤，这意味着当然需要从实验室尺度反应堆进行进一步扩展。但是，通用物质正在努力扩展闪光灯焦油的加热过程，以便每天处理大量材料！亚博网站下载到2022年底，每天1吨，每天100吨后1年。

KW：在整个项目中，我们希望使该过程尽可能实用和简单。我们通过使用真实的寿命末期垃圾塑料设计和构建一个多尺寸的闪光焦耳加热系统来做到这一点，并确保我们的过程不需要任何排序，洗涤或昂贵的添加剂或纯化。

然后，我们通过拥有石墨烯使用中的行业领导者之一福特汽车公司（Ford Motor Company）在其汽车零件中测试我们的产品，从而测试了我们产品的实际实用性。进行生命周期评估以确认我们流程的效率和实用性。

关于您尚未克服的过程是否存在任何限制？

KW/JT：我们已经能够升级所有类型的废塑料，甚至混合溪流或肮脏的溪流。一个考虑因素是，可以改善闪光灯焦耳加热反应的产量，从而使更多石墨烯从每克塑料升级中取出。我们目前正在研究提高产量并通过Flash Joule加热从废物塑料中获得其他价值流的方法。

这项研究将如何促进使汽车行业更具可持续性或循环的努力？

JT：我们继续与福特汽车公司合作，研究其他产品可以使用Flash Joule供暖制造的产品，生命周期分析表明，我们的方法消耗的能量减少了88％，水减少了95％，并且发射的二氧化碳排放量低80％。其他石墨烯生产方法。随着石墨烯的价格现在通过这种商业塑料的下降，石墨烯将输入更多的车辆塑料，这​​些塑料计划于现在替换金属零件。这全都是为了使车辆的轻巧加权以提高能源效率。

KW：通过证明我们可以连续升级聚合物甚至纳米复合聚合物进入高价值石墨烯，我们正在证明汽车行业可以以更可持续和循环方式使用垃圾填充的资源来证明一种方式。而且，由于石墨烯的高价值，它在经济上激励了对寿命末期废物塑料的负责任废物管理。

个人对您的新研究最令人兴奋的方面是什么？

JT：这可以对废物管理中的世界产生巨大影响。

KW：与福特汽车公司紧密合作，看到我们实验室研究的工业兴趣对我来说真的很令人兴奋，但是学习进行摇篮到门环的生命周期评估是最令人满意的。生命周期评估是一种以高效和可持续的方式指导制造业的强大工具，我非常感谢与福特和该领域其他有关该主题的专家合作并向专家学习。福特的整个团队都处于升级，回收和可持续制造的最前沿，因此我很高兴与如此出色的合作者见面和合作。

读者在哪里可以找到更多信息？

Universal Misties Inc网站：

https://www.universalmatter.com/

赖斯大学的这项工作的新闻稿：

https://news.rice.edu/news/2022/cars-could-get-flashy-upgrade

赖斯大学描述了闪光灯焦耳加热过程的视频：https://news.rice.edu/news/2020/rice-lab-turns-trash-valuable-graphene-flash

我们关于石墨烯的Flash Joule加热的第一篇论文：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-1938-0

关于石墨烯和Flash Joule加热的工业前景的最新评论论文：

https://doi.org/10.1002/adma.202106970

关于：

凯文·威斯（Kevin Wyss）

凯文·维斯（Kevin Wyss）是博士学位。赖斯大学的候选人，研究石墨烯，废物的升级，聚合物工程，纳米材料的可持续生产，并专注于储能，电催化和机械复合材料的应用。亚博网站下载他已获得NSF研究生研究奖学金和Stauffer-Rothrock奖学金。他获得了学士学位在安妮·戈登（Anne Gorden）教授和理查德·肯普（Richard Kemp）教授的指导下，阿拉巴马州奥本大学的化学学士学位。

James Tour教授

看www.jmtour.com。