有望解决两大世界难题！仅需8秒，塑料垃圾变身石墨烯

塑料废弃物污染是21世纪最为紧迫的环境问题之一，但大部分进入填埋场和海洋，严重威胁人类的生态环境和生命健康。石墨烯作为新型的二维碳材料，其制备方法主要通过剥离石墨获得，该过程需要大量的溶剂、机械剪切力和电化学处理等，产率较低，成本较高，限制了其应用。美国莱斯大学 James M. Tour 教授课题组通过廉价的焦耳热闪蒸技术可将任何碳源，无论是炭黑、石油沥青、煤炭、轮胎还是塑料垃圾，统统在不到100毫秒的时间内变成克级石墨烯，实现了“变废为宝”。进一步观察了闪蒸石墨烯的形貌又在2020年9月10日发表了一篇《ACS Nano》。

2020年10月29日，James M. Tour 教授课题组再发力，提出一种回收塑料废弃物的方法，实验室并没有像原来那样用直流电来提高碳源的温度，而是首先使塑料废料暴露于大约8秒钟的高强度交流电中，然后直流震荡，通过快速焦耳热技术将废弃物变成具有涡轮层的闪蒸石墨烯（FG）外，还会产生碳低聚物、氢等，处理每吨塑料废弃物约125美元（约848元人民币）的电力成本，同时可以获得180千克高质量石墨烯，具有明显经济优势。一举两得，同时解决了“废塑料回收难”、“石墨烯制备成本高”两大难题。相关工作以“Flash Graphene from Plastic Waste”为题发表在《ACS Nano》。

废弃塑料回收通过焦耳热闪蒸制备石墨烯

一、塑料废弃物焦耳热闪蒸石墨烯

将塑料废弃物与炭黑混合后的导电碳粉装在两个电极之间的石英管中，用交流电焦耳热闪蒸（AC-FJH）处理8s，样品释放出碳低聚物和挥发物，而在铜电极之间形成闪蒸石墨烯；图1（b）分别为2mm、1mm、40μm的HDPE粉末颗粒处理的产率；图1（c）显示了由闪蒸的HDPE粉末在不同的初始电阻率下获得的交流电焦耳热闪蒸石墨烯产率，发现AC-FJH可用于由不同的热塑性塑料生产石墨烯，如聚酯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。塑料的热稳定性越高，闪蒸石墨烯产率越高，生成的挥发性低聚物越少（图1（d））。

图1（a）120VAC电路原理图（b）HDPE的交流电闪蒸石墨烯产率（c）HDPE/CB混合物的初始电阻率对石墨烯产率影响

（d）来自不同塑料的交流电闪蒸石墨烯（e）废弃塑料照片及使用商用切割机切割后与5％CB混合后的照片