Banden veranderden in grafeen dat sterker beton maakt

Dit kan zijn waar het rubber echt de weg raakt.

Wetenschappers van Rice University hebben een proces geoptimaliseerd om afval van rubberbanden om te zetten in grafeen dat op zijn beurt kan worden gebruikt om beton te versterken.

De milieuvoordelen van het toevoegen van grafeen aan beton zijn duidelijk, zei chemicus James Tour.

“Beton is het meest geproduceerde materiaal ter wereld en door het simpelweg te maken, produceert het maar liefst 9% van de wereldwijde CO2-uitstoot”, zei Tour. “Als we minder beton kunnen gebruiken in onze wegen, gebouwen en bruggen, kunnen we vanaf het begin een deel van de uitstoot elimineren.”

Gerecycled bandenafval wordt al gebruikt als een component van Portland-cement, maar grafeen heeft bewezen cementachtige materialen, waaronder beton, op moleculair niveau te versterken.

Terwijl het merendeel van de 800 miljoen banden die jaarlijks worden weggegooid, wordt verbrand als brandstof of vermalen voor andere toepassingen, belandt 16% op stortplaatsen.

“Zelfs een fractie daarvan terugwinnen als grafeen zal ervoor zorgen dat miljoenen banden niet op de vuilnisbelt terechtkomen”, zei Tour.

Het ‘flash’-proces dat Tour en zijn collega’s in 2020 introduceerden, is gebruikt om voedselafval, plastic en andere koolstofbronnen om te zetten door ze bloot te stellen aan een schok van elektriciteit die alles behalve koolstofatomen uit het monster verwijdert.

Die atomen worden weer samengevoegd tot waardevol turbostratisch grafeen, dat slecht uitgelijnde lagen heeft die beter oplosbaar zijn dan grafeen dat wordt geproduceerd via afschilfering van grafiet. Dat maakt het gemakkelijker toe te passen in composietmaterialen.

Rubber bleek een grotere uitdaging dan voedsel of plastic om in grafeen te veranderen, maar het laboratorium optimaliseerde het proces door commercieel gepyrolyseerd afvalrubber van banden te gebruiken. Nadat nuttige oliën uit afvalbanden zijn gewonnen, heeft dit koolstofresidu tot nu toe een bijna nulwaarde, zei Tour.

Van banden afgeleid carbon black of een mengsel van versnipperde rubberbanden en commercieel carbon black kan in grafeen worden geflitst. Omdat turbostratisch grafeen oplosbaar is, kan het gemakkelijk aan cement worden toegevoegd om milieuvriendelijker beton te maken.

Het onderzoek onder leiding van Tour en Rouzbeh Shahsavari van C-Crete Technologies wordt gedetailleerd in het tijdschrift Koolstof​

Het Rice-lab flitste van banden afgeleid roet en ontdekte dat ongeveer 70% van het materiaal werd omgezet in grafeen. Bij het flitsen van versnipperde rubberbanden gemengd met gewoon roet om geleidbaarheid toe te voegen, wordt ongeveer 47% omgezet in grafeen. Naast koolstof werden elementen afgevoerd voor ander gebruik.

De elektrische pulsen duurden tussen 300 milliseconden en 1 seconde. Het laboratorium berekende dat elektriciteit die in het conversieproces wordt gebruikt, ongeveer $ 100 per ton startkoolstof zou kosten.

De onderzoekers mengden minieme hoeveelheden van banden afgeleid grafeen – 0,1 gewicht / procent (gew.%) Voor carbonblack van banden en 0,05 gew.% Voor carbon black en versnipperde banden – met Portland-cement en gebruikten het om betonnen cilinders te produceren. Getest na zeven dagen uitharding, vertoonden de cilinders een winst van 30% of meer in druksterkte. Na 28 dagen was 0,1 gew.% Grafeen voldoende om beide producten een sterktetoename van minstens 30% te geven.

“Deze toename in sterkte is gedeeltelijk te danken aan een zaadeffect van 2D-grafeen voor een betere groei van cementhydraatproducten, en gedeeltelijk aan een versterkend effect in latere stadia”, zei Shahsavari.