Tái chế graphene từ tro nhiệt phân nhựa

Mới đây, một phòng thí nghiệm từ Rice University đã thành công chế tạo graphene từ tro nhiệt phân nhựa để cải thiện các hợp chất vật liệu khác.

Tro nhiệt phân nhựa từ các quy trình tái chế hóa học từng được đánh giá là không có giá trị gì trong sản xuất. Tuy nhiên, mới đây, các nhà khoa học từ Rice University đã có một nghiên cứu mới về quá trình gia nhiệt Joule lên loại vật liệu này, một sản phẩm phụ của quá trình tái chế nhựa. Dòng năng lượng mạnh đi qua có thể đốt chúng trở thành graphene.

Kĩ thuật này được một nhà hóa học của Rice University – James Tour sử dụng trong phòng thí nghiệm để tạo ra các mảnh graphene bậc hai, có thể được bổ sung trực tiếp vào các hợp chất khác như PVA để tạo ra khả năng chống nước tốt hơn, ứng dụng trong việc sản xuất bao bì, hồ xi măng và làm bê tông, đồng thời cũng tăng cường đáng kể cường độ nén của những vật liệu này. Nghiên cứu này đã được công bố trên tờ báo Carbon.

Giống quy trình gia nhiệt graphene trong phòng thí nghiệm đã giới thiệu vào năm 2019, tro thứ cấp được nhiệt phân để tạo ra graphene tăng áp, mang theo lực tương tác hấp dẫn yếu giữa các mảnh vật liệu với nhau khiến cho việc trộn chúng trở thành dung dịch trở nên dễ dàng hơn. Tháng 10 năm 2020, phòng thí nghiệm của Tour đã báo cáo về quy trình chuyển đổi nhựa phế thải thành graphene. Quy trình mới này đặc biệt hơn, biến các loại nhựa không thể tái chế thành những sản phẩm hữu ích.

Tour cho biết:” Nghiên cứu này rất hữu ích với nền kinh tế tuần hoàn với nhựa. Nhiều loại chất thải nhựa được nhiệt phân để biến chúng trở lại thành các monomer và dầu. Các monomer được sử dụng trong phản ứng trùng hợp để tạo ra các loại nhựa mới, còn dầu được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác. Tuy nhiên vẫn còn tới 10 – 20% tro thứ cấp không được tái chế và thường được gửi đến các bãi chôn lấp.

Ông cũng cho biết:” Giờ đây chúng ta có thể chuyển tro thành graphene chớp nhoáng có thể được sử dụng để gia cố nhiều loại nhựa và vật liệu xây dựng khác.”

Nhiệt phân là quá trình đốt nóng một loại vật liệu để phá vỡ cấu trúc hiện tại của nó mà không cần đốt cháy. Các sản phẩm từ quá trình tái chế nhiệt phân nhựa này bao gồm nhưng khí gas giàu năng lượng, dầu nhiên liệu, sáp, naphtha và monomer nguyên sinh để phục vụ cho quá trình sản xuất nhựa mới. Tuy nhiên, những phần thừa còn lại – ước tính khoảng 50.000 tấn ở Hoa Kỳ mỗi năm – bị thoải loại.

Nghiên cứu sinh Kevin Wyss, tác giả chính của nghiên cứu cho biết:” Các nhà tái chế không thu được lợi nhuận lớn do giá dầu rẻ, vì vậy chỉ khoảng 15% tổng số nhựa được tái chế. Tôi muốn tìm ra phương pháp để chống lại cả hai vấn đề này.”

Các nhà khoa học đã tiến hành một cặp thí nghiệm để kiểm tra tro cháy, trước tiên trộn graphene thu được với PVA, một loại polymer tương hợp sinh học đang được nghiên cứu cho các ứng dụng y tế, màng điện phân polymer pin nhiên liệu và bao bì than thiện với môi trường. Nó bị giới hạn bới các đặc tính cơ học kém và tính chống thấm nước yếu.

Thêm chỉ 0.1% graphene sẽ mang lại sự cải thiện đáng kể đặc tính cơ học cho PVA khi kéo căng lên tới 30% trước khi hỏng. Nó cũng giúp PVA cải thiện đáng kể khả năng chống thấm với nước.