废旧橡胶轮胎转化石墨烯可用于混凝土增强

美国莱斯大学（Rice University）图尔研究团队目前已经可以实现将橡胶轮胎废料转化为石墨烯，应用于混凝土增强。2020年8月，该团队推出“闪蒸”石墨烯工艺，通过技术的不断改进，目前已经可以将炭黑或碎橡胶轮胎与商用炭黑材料的混合物通过“闪蒸”工艺制造石墨烯，提升碳残留物的价值。

由于用这种方式获得的涡轮式乱层石墨烯是可溶的，因此可以将其轻松的与水泥混合制成更环保混凝土材料。

在橡胶轮胎或橡胶管中，原子一般以有价值的涡轮式乱层石墨烯形式排列，层间存在错位。这种结构比从传统的石墨中剥离产生的石墨烯更易溶，更易在复合材料中应用。事实证明，与食品废料或塑料相比，想要将橡胶转化为石墨烯更具挑战性，但实验室通过使用轮胎中的商用热解废橡胶优化了工艺。

研究人员表示，从废旧轮胎中提取有用油脂后，其他碳残留物的价值截至目前几乎为零。

闪蒸过程中的电脉冲持续300毫秒至1秒不等。经过实验室的测算，转换过程中处理1吨原料碳将花费约100美元的电力。莱斯大学实验室通过“闪蒸”废旧轮胎碳残留物炭黑，发现大约70%的废料转化为石墨烯。当将切碎的橡胶轮胎与普通炭黑混合使用以增加导电性时，约47%的物质转化为石墨烯。除了碳以外，其他元素也通过这种方式回收满足其他领域的应用。

研究人员将微量的轮胎衍生石墨烯与硅酸盐水泥混合在一起（使用轮胎炭黑质量分数为0.1%，使用轮胎炭黑和切碎轮胎胶粒的质量分数为0.05%），并将其用于生产成混凝土圆柱体。在固化7天后进行测试，圆柱体的抗压强度提高了30%以上。28天后，使用0.1%质量分数的石墨烯，已经足以使得产品强度至少增加30%。

研究人员表示，这种强度的提高部分归结于二维材料石墨烯的催化效应，促进水泥水合物产品更紧实，另一部分归因于则归因于后期的材料固有的增强作用。

2020年初，美国莱斯大学研究人员在《自然》上报道，他们通过将垃圾的碳基材料转化为石墨烯的工艺，找到了在不到一秒钟的时间里就可以将此“变废为宝”的方法。这得益于一种将碳基材料转化为石墨烯的闪蒸加热工艺方法。

碳基材料，指任何具有碳含量的材料，比如食物垃圾、塑料垃圾、石油焦炭、煤炭、木材屑、废橡胶轮胎和生物炭等等。在这项研究中，科学家通过将碳基材料加热到3000K开氏温度（约为2726摄氏度），在短短10毫秒内的闪蒸过程里就可以生成石墨烯薄片，所以科学家们称之为“闪速石墨烯”（flashgraphene）。