Esa cáscara de plátano, convertida en grafeno, puede ayudar a facilitar una reducción masiva del impacto ambiental del concreto y otros materiales de construcción. Mientras lo hace, arroje esos envases de plástico.
Un nuevo proceso introducido por el laboratorio químico James Tour de la Universidad de Rice puede convertir grandes cantidades de casi cualquier fuente de carbono en valiosos copos de grafeno. El proceso es rápido y económico; Tour dijo que la técnica de "grafeno flash" puede convertir una tonelada decarbón, desperdicio de alimentos o plástico en grafeno por una fracción del costo utilizado por otros métodos de producción de grafeno a granel.
"Esto es un gran problema", dijo Tour. "El mundo tira del 30% al 40% de todos los alimentos, porque se descompone, y los desechos plásticos son una preocupación mundial. Ya hemos demostrado que cualquier carbono sólido-la materia base, incluidos los desechos plásticos mezclados y los neumáticos de goma, se pueden convertir en grafeno ".
Como se informó en Nature, el grafeno instantáneo se fabrica en 10 milisegundos calentando materiales que contienen carbono a 3.000 Kelvin aproximadamente 5.000 grados Fahrenheit. El material de origen puede ser casi cualquier cosa con contenido de carbono. Desechos de alimentos, desechos plásticos, coque de petróleo,El carbón, los recortes de madera y el biochar son los principales candidatos, dijo Tour. "Con el precio comercial actual del grafeno de $ 67,000 a $ 200,000 por tonelada, las perspectivas para este proceso se ven excelentes", dijo.
Tour dijo que una concentración de tan solo 0.1% de grafeno súbito en el cemento utilizado para unir el concreto podría disminuir su impacto ambiental masivo en un tercio. Según los informes, la producción de cemento emite hasta un 8% de dióxido de carbono hecho por el hombre cada año.
"Al fortalecer el concreto con grafeno, podríamos usar menos concreto para la construcción, y costaría menos fabricarlo y transportarlo menos", dijo. "Esencialmente, estamos atrapando gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y el metano que desperdician alimentos".se habría emitido en los vertederos. Estamos convirtiendo esos carbonos en grafeno y agregando ese grafeno al concreto, reduciendo así la cantidad de dióxido de carbono generado en la fabricación de concreto. Es un escenario ambientalmente beneficioso para el uso de grafeno ".
"Convertir la basura en un tesoro es clave para la economía circular", dijo el coautor correspondiente Rouzbeh Shahsavari, profesor adjunto adjunto de ingeniería civil y ambiental y de ciencia de materiales y nanoingeniería en Rice y presidente de C-Crete Technologies ". Aquí, el grafeno actúa como una plantilla 2D y un agente de refuerzo que controla la hidratación del cemento y el posterior desarrollo de la resistencia ".
En el pasado, dijo Tour, "el grafeno ha sido demasiado costoso para usar en estas aplicaciones. El proceso flash reducirá en gran medida el precio mientras nos ayuda a gestionar mejor los desechos".
"Con nuestro método, ese carbono se vuelve fijo", dijo. "No volverá a entrar al aire".
El proceso se alinea muy bien con la recientemente anunciada Iniciativa Carbon Hub de Rice para crear un futuro de cero emisiones que reutilice los hidrocarburos del petróleo y el gas para generar hidrógeno y carbono sólido con cero emisiones de dióxido de carbono. El proceso flash de grafeno puede convertir ese carbono sólidoen grafeno para hormigón, asfalto, edificios, automóviles, ropa y más, dijo Tour.
El calentamiento Flash Joule para grafeno a granel, desarrollado en el laboratorio Tour por el estudiante graduado de Rice y autor principal Duy Luong, mejora técnicas como la exfoliación de grafito y la deposición química de vapor en una lámina de metal que requieren mucho más esfuerzo y costo para producir solo unpequeño grafeno
Aún mejor, el proceso produce grafeno "turbostratico", con capas desalineadas que son fáciles de separar. "El grafeno apilado AB de otros procesos, como la exfoliación de grafito, es muy difícil de separar", dijo Tour. "Las capas se adhieren".fuertemente juntos.
Pero el grafeno turbostratático es mucho más fácil de trabajar porque la adhesión entre las capas es mucho más baja. Simplemente se separan en solución o al mezclar compuestos.
"Eso es importante, porque ahora podemos lograr que cada una de estas capas atómicas individuales interactúen con un host compuesto", dijo.
El laboratorio observó que los granos de café usados se transformaron en láminas de grafeno de una sola capa.
Los compuestos a granel de grafeno con plástico, metales, madera contrachapada, concreto y otros materiales de construcción serían un mercado importante para el grafeno instantáneo, según los investigadores, que ya están probando concreto y plástico con grafeno mejorado.
El proceso flash ocurre en un reactor diseñado a medida que calienta el material rápidamente y emite todos los elementos que no son de carbono como gas ". Cuando este proceso se industrializa, los elementos como el oxígeno y el nitrógeno que salen del reactor flash pueden quedar atrapados como moléculas pequeñas porquetener valor ", dijo Tour.
Dijo que el proceso de flash produce muy poco exceso de calor, canalizando casi toda su energía hacia el objetivo. "Puede poner su dedo directamente en el recipiente unos segundos después", dijo Tour. "Y tenga en cuenta que esto es casitres veces más caliente que los hornos de deposición química de vapor que utilizamos anteriormente para fabricar grafeno, pero en el proceso flash el calor se concentra en el material de carbono y ninguno en un reactor circundante.
"Todo el exceso de energía sale como luz, en un destello muy brillante, y debido a que no hay solventes, es un proceso súper limpio", dijo.
Luong no esperaba encontrar grafeno cuando encendió el primer dispositivo a pequeña escala para encontrar nuevas fases de material, comenzando con una muestra de negro de carbón. "Esto comenzó cuando eché un vistazo a un artículo de Science que hablaba sobre Joule flashcalentar para producir nanopartículas de metales que cambian de fase ", dijo. Pero Luong se dio cuenta rápidamente de que el proceso no producía más que grafeno de alta calidad".
Las simulaciones a nivel atómico del investigador y coautor de Rice, Ksenia Bets, confirmaron que la temperatura es clave para la rápida formación del material. "Esencialmente, aceleramos el lento proceso geológico por el cual el carbono evoluciona a su estado fundamental, el grafito", dijo."Muy acelerado por un pico de calor, también se detiene en el instante correcto, en la etapa de grafeno".
"Es sorprendente cómo las simulaciones por computadora de última generación, notoriamente lentas para observar dicha cinética, revelan los detalles de los movimientos atómicos modulados a alta temperatura y la transformación", dijo Bets.
Tour espera producir un kilogramo 2.2 libras por día de grafeno repentino dentro de dos años, comenzando con un proyecto recientemente financiado por el Departamento de Energía para convertir el carbón de origen estadounidense ". Esto podría proporcionar una salida para el carbón a gran escalaconvirtiéndolo a bajo costo en un material de construcción de mucho mayor valor ", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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