三、闪蒸石墨烯功耗
为了计算将混合的塑料废弃物转换为石墨烯所需的能量,观察样品的电阻率随时间变化,如图5a所示。交流电闪蒸石墨烯过程消耗的能量约为21kJ/g,直流电闪蒸石墨烯所需的能量约为13kJ/g,总共需要23kJ的能量才能将1.0g的混合塑料废弃物转换为0.18g的高质量石墨烯。这意味着将1吨塑料废弃物转换为180千克高质量石墨烯加挥发物的电力成本为124美元,与传统的物理和化学回收技术相比,这使该技术的塑料回收成本具有竞争力。
图5(a)源于HDPE的交流电石墨烯电阻率值和功耗(c)源于HDPE交流直流电石墨烯和商用石墨烯的拉曼光谱
(d)抗压强度水泥/石墨烯复合材料
四、塑料废弃物的回收性
收集交流电石墨烯制备过程中形成的蜡质物质,并通过傅里叶变换红外分析发现生成的蜡是具有红外指纹性的低聚物,类似于具有低氧化度的母体塑料,如图6所示。这些低聚物可与石油烃流混合以加工成纯塑料,或可用于生产洗涤剂复合材料的添加剂。低聚物的产率<10%,表明闪蒸的塑料废弃物约60%转化为气态产物,检测发现有氢气产生,可以考虑在燃料电池中使用氢气为焦耳热过程产生清洁的补充电能使用。
图6 处理前后废弃塑料的红外光谱对比
五、总结
使用少量电能将塑料废弃物转换为高价值的材料,大规模使用快速焦耳热技术处理塑料废弃物可以潜在地减少温室气体的排放,从而提高塑料的使用周期。据报道,生产1克纯PET需要38.8kJ的能量,而使用快速焦耳热方法处理仅消耗23kJ的能量。因此,应将塑料废弃物的快速焦耳热方法作为循环利用塑料垃圾的一种方法纳入考虑中。