En bild av ett transmissionselektronmikroskop visar mellanskiktsavståndet mellan turbostratisk grafen som produceras vid Rice University genom att kolsvart blinkar från kasserade gummidäck med ett stöt av elektricitet. Kredit:Tour Research Group/Rice University
Det kan vara där gummit verkligen träffar vägen.
Rice Universitys forskare har optimerat en process för att omvandla avfall från gummidäck till grafen som kan, i tur och ordning, användas för att förstärka betong.
Miljöfördelarna med att lägga till grafen i betong är tydliga, sa kemisten James Tour.
"Betong är det mest producerade materialet i världen, och helt enkelt producerar det så mycket som 9 % av världens koldioxidutsläpp, Tour sa. "Om vi kan använda mindre betong på våra vägar, byggnader och broar, vi kan eliminera en del av utsläppen redan från början."
Återvunnet däckavfall används redan som en komponent i Portlandcement, men grafen har visat sig stärka cementbaserade material, betong bland dem, på molekylär nivå.
Medan majoriteten av de 800 miljoner däck som kasseras årligen förbränns för bränsle eller mals upp för andra tillämpningar, 16 % av dem hamnar på soptippar.
"Att återvinna till och med en bråkdel av dessa som grafen kommer att hindra miljontals däck från att nå soptippar, " sa Tour.
"Flash"-processen som introducerades av Tour och hans kollegor 2020 har använts för att omvandla matavfall, plast och andra kolkällor genom att utsätta dem för ett stöt av elektricitet som tar bort allt utom kolatomer från provet.
Rice Universitys forskare har optimerat en process för att förvandla gummi från kasserade däck till turbostratisk flashgrafen. Grafenet är mycket lösligt, vilket gör den idealisk för kompositmaterial, inklusive cement i mer miljövänlig betong. Kredit:Tour Research Group/Rice University
Dessa atomer sätts samman till värdefull turbostratisk grafen, som har felinriktade lager som är mer lösliga än grafen som produceras via exfoliering från grafit. Det gör det lättare att använda i kompositmaterial.
Gummi visade sig vara mer utmanande än mat eller plast att förvandla till grafen, men labbet optimerade processen genom att använda kommersiellt pyrolyserat avfallsgummi från däck. Efter att användbara oljor har utvunnits från avfallsdäck, denna kolrest har hittills haft ett värde nära noll, sa Tour.
Kimrök härrörande från däck eller en blandning av strimlade gummidäck och kommersiellt kimrök kan förvandlas till grafen. Eftersom turbostratisk grafen är lösligt, det kan enkelt läggas till cement för att göra mer miljövänlig betong.
Forskningen ledd av Tour och Rouzbeh Shahsavari från C-Crete Technologies är detaljerad i tidskriften Kol .
Rice lab flashade kolsvart från däck och hittade cirka 70 % av materialet omvandlat till grafen. När du blinkar strimlade gummidäck blandat med vanlig kimrök för att öka konduktiviteten, cirka 47% omvandlas till grafen. Element förutom kol ventilerades ut för andra ändamål.
De elektriska pulserna varade mellan 300 millisekunder och 1 sekund. Laboratoriet beräknade att elektricitet som används i omvandlingsprocessen skulle kosta cirka 100 USD per ton startkol.
Forskarna blandade små mängder av däck-deriverad grafen - 0,1 vikt/procent (vikt%) för däck kolsvart och 0,05 vikt% för kolsvart och strimlad däck - med Portlandcement och använde det för att tillverka betongcylindrar. Testad efter härdning i sju dagar, cylindrarna visade ökningar på 30 % eller mer i tryckhållfasthet. Efter 28 dagar, 0,1 viktprocent grafen räckte för att ge båda produkterna en styrkavinst på minst 30 %.
"Denna ökning i styrka beror delvis på en såddeffekt av 2D-grafen för bättre tillväxt av cementhydratprodukter, och delvis på grund av en förstärkande effekt i senare skeden, sa Shahsavari.
