研究人员将沥青质转化为复合材料的石墨烯

沥青质是原油生产的副产品，是一种具有潜力的废料。莱斯大学的科学家们决心通过将富含碳的资源转化为有用的石墨烯来找到它。

材料科学和纳米工程助理研究教授穆罕默德·拉赫曼 (Muhammad Rahman) 正在采用 Rice 独特的闪光焦耳加热工艺，将沥青质立即转化为乱层(松散排列的)石墨烯，并将其混合成用于热、防腐和 3D 打印应用的复合材料。

该工艺充分利用了原本燃烧的材料作为燃料再利用或丢弃到尾矿池和垃圾填埋场。至少使用世界上超过 1 万亿桶沥青质的一部分作为石墨烯的原料，对环境也有好处。

“沥青质是石油行业的一大难题，我认为对此会有很大兴趣，”拉赫曼说，他将这一过程描述为一种可扩展且可持续的方法，可以减少燃烧沥青质产生的碳排放。

Rahman 是Science Advances上这篇论文的主要通讯作者，该论文由水稻化学家 James Tour 共同领导，他的实验室开发了闪光焦耳加热，材料科学家 Pulickel Ajayan 和卡尔加里大学化学与石油工程助理教授 Md Golam Kibria ， 加拿大。

沥青质已经含有 70% 到 80% 的碳。赖斯实验室将其与约 20% 的炭黑结合以增加导电性，并用电击使其闪光，不到一秒钟就将其转化为石墨烯。原料中的其他元素，包括氢、氮、氧和硫，以气体形式排出。

“我们试图将炭黑含量保持在尽可能低的水平，因为我们希望最大限度地利用沥青质，”拉赫曼说。

“政府一直在向石油行业施加压力，要求他们解决这个问题，”赖斯研究生和共同主要作者 MASR Saadi 说。“有数十亿桶可用的沥青质，所以我们开始研究这个项目主要是为了看看我们是否可以制造碳纤维。这让我们想到也许我们应该尝试用闪光焦耳加热来制造石墨烯。”

确信 Tour 的工艺对沥青质的处理与对各种其他原料(包括塑料、电子垃圾、轮胎、粉煤灰甚至汽车零件)的处理一样有效，研究人员开始用他们的石墨烯制造东西。

与 Rahman 和 Ajayan 一起工作的 Saadi 将石墨烯混合到复合材料中，然后混合到用于 3D 打印机的聚合物墨水中。他说：“我们已经优化了墨水流变学以表明它是可打印的，”并指出墨水中混合的石墨烯不超过 10% 。即将对打印物体进行机械测试，他说。

莱斯大学研究生 Paul Advincula 是 Tour 实验室的成员，是该论文的共同主要作者。