变废为宝之农业残留物向石墨烯的转变

2015-03-07  来源:复材在线  作者:复材在线  浏览次数:2430 收藏  |  分享

图中博士生KeLiang Wang将带有石墨烯涂层的电极插到纽扣电池中制得超级电容器。 石墨烯也可以从农业残留物中提炼得到?南达科他州大学的研究组将这一猜想变成了现实,并代替活性炭作为超级电容器电极的涂覆材料。除此之外,...

图中博士生KeLiang Wang将带有石墨烯涂层的电极插到纽扣电池中制得超级电容器。 石墨烯也可以从农业残留物中提炼得到?南达科他州大学的研究组将这一猜想变成了现实,并代替活性炭作为超级电容器电极的涂覆材料。除此之外,此举还有一系列额外价值。

南达科他州大学(SDSU)的研究人员通过热解过程实现了植物材料向生物油及生物炭的转化,而这些生物油及生物炭进一步可转化成石墨烯,这些植物材料有玉米秸秆,原生草,干燥酒糟的固体(DDGS)等。

自然,最终得到的石墨烯产品很大程度上比农业残留物更有价值。SDSU大学农业和生物工程系助理教授Zhengrong Gu指出,热解过程可将植物材料转化成生物炭和生物油,而对生物油进一步加工则可获得生物燃料。

Gu提到的要转化成石墨烯的生物炭是一种木炭状材料。超级电容器通常被用于存储能量,虽然电容器是由小型发动机启动和运转的,但它拥有非常高的能量储存能力、更快的充放电速率,同时,超级电容器能够承受低温,这是传统电池所不能媲美的。一般人们使用活性炭来涂覆超级电容器的电极,而活性炭价格昂贵,不过石墨烯有望代替它作为电极涂覆材料。

美国主要通过向日本、中国和泰国等亚洲国家进口大量的活性炭来制备超级电容器。“我们可以利用这些丰富的农业资源作为生物燃料,以减少我们对石油的依赖,与此同时,生产更好的活性炭用于出口”Gu说。

他估测约2.2磅的石墨烯价值1000美元。而1磅DDGS的成本大约是7.5-9美分,这大约可换7盎司的石墨烯。“这是该产品的增值之处,”Gu说, “我们可以将农业残留物转化成容易出货的、价值更高的产品。

将玉米秸秆或DDGS转化成生物炭后,再把催化剂与生物炭混合加热到1292°F,并持续一小时。最终得到的产品即为多孔石墨烯。“这是一个一步到位的过程,” Gu说道。他预测包括原料在内,生产1磅的石墨烯耗资约1.36美元。此外,使用原生草的大蓝茎为原料还能节省更多的原料。

另外Gu还补充到,SDSU已经开发出一种新的等离子处理技术,他希望能将此技术用于生物炭向石墨烯的转化,因为这将使反应所需温度降至302°F,所需时间降到5分钟。这样来看,反应成本还会降低。

 

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