美国莱斯大学James M. Tour科题组--塑料垃圾变为闪蒸石墨烯

在这项工作中，介绍了一种升级利用塑料废弃物（PW）的方法，即通过闪光焦耳热（FJH）技术将PW转变为闪光石墨烯（FG）。除了FG以外，该过程还会产生碳的低聚物，氢和轻烃等。为了获得高质量石墨烯，还相继采用了交流电（AC）和直流（DC）闪蒸。该FJH流程不需要任何催化剂，可用于PW混合物，这使得该方法适合处理垃圾场里大量的PW。将每吨PW转换为FG，所需能量约为23 kJ/g，需要125美元，该过程十分经济且可规模化实施。通过拉曼光谱对FG进行了表征，I2D/IG峰值比高达6，D波段强度低。此外，透射电子显微镜和X射线衍射分析表明，FG为涡轮层，层间间距为3.45Å。较大的层间距可以促进其在液体和复合材料中的分散。利用傅立叶变换红外光谱表征了该过程中蒸馏出的碳低聚物，与初始PW具有相似的化学结构。气相产物的初步分析结果显示，形成了大量的氢和其它轻质烃。由于石墨烯是天然存在且毒性低，这可能是升级利用PW的一种环保的方法。

Figure 1. （a）120 V AC电路原理图。（b）HDPE在不同粒径时的AC-FG产量。（c）HDPE/CB混合物的初始电阻率对AC-FG产量的影响。（d）当初始电阻为120Ω时， 不同塑料废弃物的AC-FG产量。（e）从塑料废弃物变为FG整个过程的照片。

Figure 2. （a）AC-FG和（b）ACDC-tFG的特征拉曼光谱。（c）高涡轮层FG的拉曼光谱。（d）使用红外光谱仪和黑体辐射收集的AC-FJH过程的温度曲线。

Figure 3. （a）来自HDPE的ACDC-tFG的XRD图。（b）来自HDPE的ACDC-tFG的TGA曲线，和（c）ACDC-tFG的XPS总谱。（d）ACDC-tFG的高分辨率C 1s XPS光谱。

Figure 4. （a）AC-FG的TEM图像，以及（b）AC-FG的颗粒尺寸分布（n = 100）。（c）ACDC-tFG的TEM图像，（d）HDPE中ACDC-tFG的颗粒尺寸分布（n = 100）。

Figure 5. （a）AC-FJH过程中的电阻率值和功耗。（b）在离心前后，热膨胀石墨，AC-FG和ACDC-tFG的浴超声分散浓度。（c）ACDC-tFG和商用石墨烯的拉曼光谱。（d）水泥/ AC-FG复合材料的抗压强度。

相关研究工作由美国莱斯大学James M. Tour教授课题组于2020年发表在ACS Nano期刊上。原文：Flash Graphene from Plastic Waste。