Tái chế nhựa hỗn hợp từ ôtô cũ thành chất liệu siêu bền graphene

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice và Trung tâm Nghiên cứu và Đổi mới của Ford đã chứng minh cách nhựa phế thải từ ôtô cũ được sử dụng để tạo ra chất liệu siêu bền graphene, sau đó có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu cách âm và cách nhiệt cho ôtô.

Theo Đại học Rice (Mỹ), các nhà nghiên cứu tại Ford đã tìm đến phòng thí nghiệm của James Tour tại trường để xem xét kỹ thuật tái chế vật liệu cũ flash joule có thể sử dụng để tái chế rác thải nhựa hỗn hợp từ những chiếc xe đã hết tuổi thọ hay không. Nhà sản xuất ôtô đến từ Mỹ cũng đã gửi hơn 4,5kg nhựa vụn từ cản, đệm, thảm, ghế ngồi và vỏ cửa được thu hồi từ những chiếc bán tản F-150 cũ cho nhóm nghiêm cứu của trường ĐH Rice.

Kỹ thuật tái chế vật liệu cũ Flash Joule

Kỹ thuật tái chế vật liệu cũ gọi Flash Joule được nhóm nghiên cứu tại trường ĐH Rice giới thiệu lần đầu vào 2020. Kỹ thuật này được sử dụng để tạo ra chất liệu graphene từ các vật liệu phế thải như thức ăn thừa, nhựa và lốp xe cũ. Kỹ thuật tái chế vật liệu cũ này không chỉ ít tốn kém chi phí mà còn ít tiêu hao năng lượng hơn để tạo ra graphene so với cách tái chế truyền thống.
Các vật liệu phế thải đầu tiên sẽ được nghiền thành bột, sau đó được làm nóng chảy ở nhiệt độ từ 2.027^oC đến 2.727^oC bằng điện áp cao. Nhờ đó, nguyên tố cacbon trong các vật liệu phế thải được chuyển đổi thành các mảnh graphene, trong khi các nguyên tố khác được hóa hơi thành khí có thể được thu thập và sử dụng trong các quy trình công nghiệp khác. 

Nhóm nghiên cứu tại trường ĐH Rice đã tiến hành nghiền thành bột số nhựa vụn do Ford gửi đến. Đầu tiên, số nhựa vụn này được làm nóng với dòng điện thấp trong 10 đến 16 giây, tạo ra một vật liệu nhựa có độ cacbon hóa cao. Chỉ có 30% khối lượng ban đầu còn lại ở dạng rắn, phần lớn nó thoát ra ngoài hoặc tạo thành sáp và dầu giàu hydrocacbon. Theo nhóm nghiên cứu, các vật liệu thải này cũng có thể trở thành vật liệu công nghiệp hữu ích. 

Kế đến, các mảnh nhựa cacbon hóa được chiếu với dòng điện cao, 85% mảnh nhựa cacbon được chuyển thành các mảnh graphene. Phần dư thừa còn lại được chuyển hóa thành dạng hydro, oxy, clo, silic và các kim loại vết. 

Những mảnh graphene được tạo ra từ qui trình tái chế rác thải của nhóm nghiên cứu thuộc trường ĐH Rice sau đó được gửi nó lại cho nhóm nghiên cứu của Ford. Tại đây, nhóm nghiên cứu của Ford đã sử dụng để tạo bọt polyurethane, vật liệu sử dụng để tạo ra lớp cách nhiệt, chống lại tiếng ồn và rung động cho ôtô. Chỉ sử dụng 0,1% lượng graphene được tạo ra, loại bọt mới có độ bền kéo cao hơn 34% và hấp thụ âm thanh tần số thấp tốt hơn 25%. 

Để thực sự chứng minh tiềm năng tái chế vòng tròn, các mẫu bọt này sau đó được gửi trở lại Rice, nơi các nhà nghiên cứu có thể biến thành graphene mới. Điều này cho thấy rằng phương pháp này thực sự có thể hữu ích trong các tình huống thực tế, mang lại sức sống mới cho các vật liệu phế thải. Nghiên cứu về tiềm năng tái chế vòng tròn của vật liệu graphene mới đã được công bố trên tạp chí Nature Communications Engineering.