Asphaltenes, một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất dầu thô, là một chất thải có tiềm năng. Các nhà khoa học của Đại học Rice quyết tâm tìm ra nó bằng cách chuyển đổi nguồn tài nguyên giàu carbon thành graphene hữu ích.
Muhammad Rahman, trợ lý giáo sư nghiên cứu về khoa học vật liệu và kỹ thuật nano, đang sử dụng quy trình gia nhiệt flash Joule độc đáo của Rice để chuyển đổi ngay lập tức nhựa đường thành graphene tuabin (liên kết lỏng lẻo) và trộn nó thành vật liệu tổng hợp cho các ứng dụng nhiệt, chống ăn mòn và in 3D.
Quá trình này tận dụng tốt vật liệu nếu không được đốt để tái sử dụng làm nhiên liệu hoặc thải bỏ vào các ao và bãi chôn lấp chất thải. Sử dụng ít nhất một phần trong trữ lượng hơn 1 nghìn tỷ thùng nhựa đường của thế giới làm nguyên liệu sản xuất graphene cũng sẽ tốt cho môi trường.
>> Tham khảo: Công nghệ mới trên chip tạo ra các xung cực nhanh.
Rahman cho biết: “Asphaltene là một vấn đề đau đầu đối với ngành công nghiệp dầu mỏ và tôi nghĩ sẽ có rất nhiều người quan tâm đến vấn đề này”.
Rahman là tác giả chính của bài báo trên tạp chí Science Advances do nhà hóa học Rice James Tour, người có phòng thí nghiệm phát triển hệ thống sưởi bằng đèn flash Joule, đồng chủ trì, nhà khoa học vật liệu Pulickel Ajayan và Md Golam Kibria, trợ lý giáo sư kỹ thuật hóa học và dầu khí tại Đại học Calgary , Canada.
Asphaltenes đã có 70% đến 80% carbon rồi. Phòng thí nghiệm Rice kết hợp nó với khoảng 20% muội than để tăng độ dẫn điện và chiếu nó bằng một luồng điện, biến nó thành graphene trong chưa đầy một giây. Các nguyên tố khác trong nguyên liệu, bao gồm hydro, nitơ, oxy và lưu huỳnh, được thoát ra dưới dạng khí.
Rahman nói: “Chúng tôi cố gắng giữ hàm lượng muội than càng thấp càng tốt vì chúng tôi muốn tối đa hóa việc sử dụng nhựa đường.
“Chính phủ đã gây áp lực lên các ngành công nghiệp dầu mỏ để giải quyết vấn đề này,” sinh viên tốt nghiệp Rice và đồng tác giả M.A.S.R. Saadi. “Có sẵn hàng tỷ thùng nhựa đường, vì vậy chúng tôi bắt đầu thực hiện dự án này chủ yếu để xem liệu chúng tôi có thể tạo ra sợi carbon hay không. Điều đó khiến chúng tôi nghĩ rằng có lẽ chúng ta nên thử tạo graphene bằng cách đốt nóng flash Joule.”
>> Tham khảo: Giảm đánh bắt nhầm bằng các biện pháp ngăn chặn cảm biến.
Đảm bảo rằng quy trình của Tour hoạt động hiệu quả đối với nhựa đường cũng như đối với nhiều nguyên liệu thô khác, bao gồm nhựa, chất thải điện tử, lốp xe, tro bay than đá và thậm chí cả các bộ phận xe hơi, các nhà nghiên cứu bắt đầu tạo ra mọi thứ bằng graphene của họ.
Saadi, người làm việc với Rahman và Ajayan, đã trộn graphene thành vật liệu tổng hợp, sau đó thành mực polyme dùng cho máy in 3D. Ông nói: “Chúng tôi đã tối ưu hóa tính lưu biến của mực để cho thấy rằng nó có thể in được,” đồng thời lưu ý rằng loại mực này có không quá 10% graphene được trộn vào.
Sinh viên tốt nghiệp Rice Paul Advincula, một thành viên của phòng thí nghiệm Tour, là đồng tác giả chính của bài báo. Đồng tác giả là các sinh viên tốt nghiệp Rice Md Shajedul Hoque Thakur, Ali Khater, Jacob Beckham và Minghe Lou, sinh viên đại học Aasha Zinke và nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Soumyabrata Roy; đồng nghiệp nghiên cứu Shabab Saad, cựu sinh viên Ali Shayesteh Zeraati, nghiên cứu sinh Shariful Kibria Nabil và cộng tác viên sau tiến sĩ Md Abdullah Al Bari của Đại học Calgary; sinh viên tốt nghiệp Sravani Bheemasetti và Venkataramana Gadhamshetty, phó giáo sư, tại Trường Mỏ và Công nghệ Nam Dakota và Vật liệu 2D của Trung tâm Khoa học và Công nghệ Kỹ thuật màng sinh học; và trợ lý nghiên cứu Yiwen Zheng và Aniruddh Vashisth, trợ lý giáo sư kỹ thuật cơ khí, thuộc Đại học Washington.
>> Tham khảo: Nghiên cứu cho thấy xử lý đất bằng ethanol bảo vệ thực vật khỏi hạn hán.
Nghiên cứu được tài trợ bởi các chương trình Alberta Innovates for Carbon Fiber Grand Challenge, Văn phòng Nghiên cứu Khoa học của Lực lượng Không quân (FA9550-19-1-0296), Công binh Lục quân Hoa Kỳ (W912HZ-21-2-0050) và Hiệp hội Công binh Quốc gia. Quỹ khoa học (1849206, 1920954).
