Une image au microscope électronique à transmission montre l'espacement intercouche du graphène turbostratique produit à l'Université Rice en faisant clignoter du noir de carbone à partir de pneus en caoutchouc mis au rebut avec une secousse électrique. Crédit :Tour Research Group/Rice University
C'est peut-être là que le caoutchouc prend vraiment la route.
Les scientifiques de l'Université Rice ont optimisé un processus pour convertir les déchets de pneus en caoutchouc en graphène qui peut, à son tour, être utilisé pour renforcer le béton.
Les avantages environnementaux de l'ajout de graphène au béton sont clairs, a déclaré le chimiste James Tour.
« Le béton est le matériau le plus produit au monde, et le simple fait de le fabriquer produit jusqu'à 9 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone, " Tour a dit. " Si nous pouvons utiliser moins de béton dans nos routes, bâtiments et ponts, nous pouvons éliminer certaines des émissions dès le début."
Les déchets de pneus recyclés sont déjà utilisés comme composant du ciment Portland, mais il a été prouvé que le graphène renforce les matériaux cimentaires, concret parmi eux, au niveau moléculaire.
Alors que la majorité des 800 millions de pneus jetés chaque année sont brûlés pour le carburant ou broyés pour d'autres applications, 16% d'entre eux finissent dans des décharges.
"Récupérer même une fraction de ceux-ci sous forme de graphène empêchera des millions de pneus d'atteindre les décharges, ", a déclaré la tournée.
Le processus « flash » introduit par Tour et ses collègues en 2020 a été utilisé pour convertir les déchets alimentaires, plastique et autres sources de carbone en les exposant à une décharge électrique qui élimine tout sauf les atomes de carbone de l'échantillon.
Les scientifiques de l'Université Rice ont optimisé un processus pour transformer le caoutchouc des pneus mis au rebut en graphène flash turbostratique. Le graphène est très soluble, ce qui le rend idéal pour les matériaux composites, y compris le ciment dans un béton plus respectueux de l'environnement. Crédit :Tour Research Group/Rice University
Ces atomes se réassemblent en un précieux graphène turbostratique, qui a des couches mal alignées qui sont plus solubles que le graphène produit par exfoliation à partir de graphite. Cela facilite son utilisation dans les matériaux composites.
Le caoutchouc s'est avéré plus difficile que la nourriture ou le plastique pour se transformer en graphène, mais le laboratoire a optimisé le processus en utilisant des déchets de caoutchouc pyrolysés commerciaux provenant de pneus. Une fois les huiles utiles extraites des pneus usagés, ce résidu de carbone a jusqu'à présent une valeur proche de zéro, Tour dit.
Le noir de carbone dérivé des pneus ou un mélange de pneus en caoutchouc déchiquetés et de noir de carbone commercial peut être transformé en graphène. Parce que le graphène turbostratique est soluble, il peut facilement être ajouté au ciment pour fabriquer un béton plus respectueux de l'environnement.
La recherche menée par Tour et Rouzbeh Shahsavari de C-Crete Technologies est détaillée dans la revue Carbone .
Le laboratoire Rice a flashé du noir de carbone dérivé des pneus et a trouvé environ 70% du matériau converti en graphène. Lorsque vous flashez des pneus en caoutchouc déchiquetés mélangés à du noir de carbone ordinaire pour ajouter de la conductivité, environ 47% convertis en graphène. Des éléments autres que le carbone ont été ventilés pour d'autres utilisations.
Les impulsions électriques ont duré entre 300 millisecondes et 1 seconde. Le laboratoire a calculé que l'électricité utilisée dans le processus de conversion coûterait environ 100 $ par tonne de carbone de départ.
Les chercheurs ont mélangé des quantités infimes de graphène dérivé des pneus – 0,1 poids/pourcentage (% en poids) pour le noir de carbone des pneus et 0,05 % en poids pour le noir de carbone et les pneus déchiquetés – avec du ciment Portland et l'ont utilisé pour produire des cylindres en béton. Testé après durcissement pendant sept jours, les cylindres ont montré des gains de 30 % ou plus en résistance à la compression. Après 28 jours, 0,1 % en poids de graphène a suffi pour donner aux deux produits un gain de résistance d'au moins 30 %.
"Cette augmentation de la résistance est en partie due à un effet d'ensemencement du graphène 2D pour une meilleure croissance des produits d'hydrate de ciment, et en partie en raison d'un effet de renforcement à des stades ultérieurs, " a déclaré Shahsavari.
