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變廢為寶之農業殘留物向石墨烯的轉變

石墨烯也可以從農業殘留物中提煉得到?南達科他州大學的研究組将這一猜想變成了現實,并代替活性炭作為超級電容器電極的塗覆材料。除此之外,此舉還有一系列額外價值。

圖中博士生KeLiang Wang将帶有<a href=石墨烯塗層的電極插到紐扣電池中制得超級電容器” width=”500″ height=”333″ />

南達科他州大學(SDSU)的研究人員通過熱解過程實現了植物材料向生物油及生物炭的轉化,而這些生物油及生物炭進一步可轉化成石墨烯,這些植物材料有玉米稭稈,原生草,幹燥酒糟的固體(DDGS)等。

自然,最終得到的石墨烯産品很大程度上比農業殘留物更有價值。SDSU大學農業和生物工程系助理教授Zhengrong Gu指出,熱解過程可将植物材料轉化成生物炭和生物油,而對生物油進一步加工則可獲得生物燃料。

Gu提到的要轉化成石墨烯的生物炭是一種木炭狀材料。超級電容器通常被用于存儲能量,雖然電容器是由小型發動機啟動和運轉的,但它擁有非常高的能量儲存能力、更快的充放電速率,同時,超級電容器能夠承受低溫,這是傳統電池所不能媲美的。一般人們使用活性炭來塗覆超級電容器的電極,而活性炭價格昂貴,不過石墨烯有望代替它作為電極塗覆材料。

美國主要通過向日本、中國和泰國等亞洲國家進口大量的活性炭來制備超級電容器。“我們可以利用這些豐富的農業資源作為生物燃料,以減少我們對石油的依賴,與此同時,生産更好的活性炭用于出口”Gu說。

他估測約2.2磅的石墨烯價值1000美元。而1磅DDGS的成本大約是7.5-9美分,這大約可換7盎司的石墨烯。“這是該産品的增值之處,”Gu說, “我們可以将農業殘留物轉化成容易出貨的、價值更高的産品。

将玉米稭稈或DDGS轉化成生物炭後,再把催化劑與生物炭混合加熱到1292°F,并持續一小時。最終得到的産品即為多孔石墨烯。“這是一個一步到位的過程,” Gu說道。他預測包括原料在内,生産1磅的石墨烯耗資約1.36美元。此外,使用原生草的大藍莖為原料還能節省更多的原料。

另外Gu還補充到,SDSU已經開發出一種新的等離子處理技術,他希望能将此技術用于生物炭向石墨烯的轉化,因為這将使反應所需溫度降至302°F,所需時間降到5分鐘。這樣來看,反應成本還會降低。

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