作為原油生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的副產(chǎn)品，瀝青質(zhì)成為了一種具有潛在應(yīng)用價(jià)值的廢料。美國萊斯大學(xué)科學(xué)家研究人員正在使用自主開發(fā)的新型“閃光焦耳”加熱工藝，將瀝青質(zhì)即刻轉(zhuǎn)化為松散排列的石墨烯，并能夠?qū)⑵渑c其他材料混合，制成在耐熱、防腐和3D打印等應(yīng)用領(lǐng)域使用的復(fù)合材料。
這一過程的發(fā)現(xiàn)可以很好地將原本只能被用作燃料燃燒，或者丟棄到尾礦場、垃圾填埋場的廢料進(jìn)行重復(fù)利用。全球儲(chǔ)量超過1萬億桶的瀝青質(zhì)中，至少一部分可以作為開發(fā)石墨烯的原料，這將對環(huán)境帶來很大益處。
瀝青質(zhì)的處理是石油行業(yè)的一大難題。研究人員認(rèn)為，這一過程有望成為一種可擴(kuò)展且可持續(xù)的方法，以減少燃燒瀝青質(zhì)產(chǎn)生的碳排放。相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》期刊中，主要通訊作者是萊斯大學(xué)的穆罕默德·拉赫曼。
瀝青質(zhì)內(nèi)已經(jīng)含有70%——80%的碳。萊斯大學(xué)實(shí)驗(yàn)室將其與約20%的炭黑結(jié)合以增加導(dǎo)電性，然后利用電擊使其閃光加熱，不到一秒鐘就將其轉(zhuǎn)化為石墨烯。原料中的其他元素，包括氫、氮、氧和硫等均以氣體形式排出。研究人員正計(jì)劃將使用的炭黑比保持在盡可能低的水平，以此最大限度地使用瀝青質(zhì)。
美國各級(jí)政府一直在向整個(gè)石油行業(yè)施加壓力，要求其解決副產(chǎn)品的環(huán)境污染問題。面對每年產(chǎn)生多達(dá)數(shù)十億桶的瀝青質(zhì)，萊斯大學(xué)最初的想法是研究制造碳纖維。但結(jié)合學(xué)校現(xiàn)有的科研成果，基于“閃光焦耳”加熱技術(shù)制造石墨烯最終獲得成功。
研究人員表示，目前已經(jīng)確定“閃光焦耳”加熱工藝對瀝青質(zhì)的處理，對于各種其他材料（包括塑料、電子垃圾、輪胎、粉煤灰甚至汽車零件）也一樣有效。研究人員目前正利用這種石墨烯制造其他東西。將石墨烯混合入復(fù)合材料或者混入用于3D打印的聚合物墨料中。目前已經(jīng)確認(rèn)當(dāng)混合不超過10%的石墨烯可以進(jìn)行3D打印，后續(xù)將對3D打印件的機(jī)械性能進(jìn)行進(jìn)一步測試。
這項(xiàng)研究主要由艾伯塔州碳纖維創(chuàng)新大挑戰(zhàn)計(jì)劃、美國空軍科學(xué)研究辦公室、美國陸軍工程兵團(tuán)和國家實(shí)驗(yàn)室資助科學(xué)基金會(huì)共同支持。
