在這項工作中，介紹了一種升級利用塑料廢棄物（PW）的方法，即通過閃光焦耳熱（FJH）技術將PW轉變為閃光石墨烯（FG）。除了FG以外，該過程還會產生碳的低聚物，氫和輕烴等。為了獲得高質量石墨烯，還相繼采用了交流電（AC）和直流（DC）閃蒸。該FJH流程不需要任何催化劑，可用于PW混合物，這使得該方法適合處理垃圾場里大量的PW。將每噸PW轉換為FG，所需能量約為23 kJ/g，需要125美元，該過程十分經濟且可規模化實施。通過拉曼光譜對FG進行了表征，I2D/IG峰值比高達6，D波段強度低。此外，透射電子顯微鏡和X射線衍射分析表明，FG為渦輪層，層間間距為3.45Å。較大的層間距可以促進其在液體和復合材料中的分散。利用傅立葉變換紅外光譜表征了該過程中蒸餾出的碳低聚物，與初始PW具有相似的化學結構。氣相產物的初步分析結果顯示，形成了大量的氫和其它輕質烴。由于石墨烯是天然存在且毒性低，這可能是升級利用PW的一種環保的方法。
Figure 1. （a）120 V AC電路原理圖。（b）HDPE在不同粒徑時的AC-FG產量。（c）HDPE/CB混合物的初始電阻率對AC-FG產量的影響。（d）當初始電阻為120Ω時， 不同塑料廢棄物的AC-FG產量。（e）從塑料廢棄物變為FG整個過程的照片。
Figure 2. （a）AC-FG和（b）ACDC-tFG的特征拉曼光譜。（c）高渦輪層FG的拉曼光譜。（d）使用紅外光譜儀和黑體輻射收集的AC-FJH過程的溫度曲線。
Figure 3. （a）來自HDPE的ACDC-tFG的XRD圖。（b）來自HDPE的ACDC-tFG的TGA曲線，和（c）ACDC-tFG的XPS總譜。（d）ACDC-tFG的高分辨率C 1s XPS光譜。
Figure 4. （a）AC-FG的TEM圖像，以及（b）AC-FG的顆粒尺寸分布（n = 100）。（c）ACDC-tFG的TEM圖像，（d）HDPE中ACDC-tFG的顆粒尺寸分布（n = 100）。
Figure 5. （a）AC-FJH過程中的電阻率值和功耗。（b）在離心前后，熱膨脹石墨，AC-FG和ACDC-tFG的浴超聲分散濃度。（c）ACDC-tFG和商用石墨烯的拉曼光譜。（d）水泥/ AC-FG復合材料的抗壓強度。
相關研究工作由美國萊斯大學James M. Tour教授課題組于2020年發表在ACS Nano期刊上。原文：Flash Graphene from Plastic Waste。
轉自《石墨烯雜志》公眾號：
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