Grafeno obtenido de neumáticos viejos para hacer hormigón mas resistente

Investigadores han optimizado un proceso para convertir los desechos de los neumáticos de caucho en grafeno que puede fortalecer el hormigón.


El proceso flash optimizado por investigadores de la universidad de Rice podría reducir las emisiones de carbono. Los beneficios ambientales de agregar grafeno al concreto son claros, dice el químico James Tour.


“El hormigón es el material más producido en el mundo, y simplemente hacerlo produce hasta el 9% de las emisiones de dióxido de carbono del mundo”, dice Tour, profesor de ciencias de la computación y ciencia de materiales y nanoingeniería en la Universidad de Rice. "Si podemos utilizar menos hormigón en nuestras carreteras, edificios y puentes, podemos eliminar algunas de las emisiones desde el principio".


Los residuos de neumáticos reciclados ya se utilizan como componente del cemento Portland, pero se ha demostrado que el grafeno fortalece los materiales cementosos, entre ellos el hormigón, a nivel molecular.


Si bien la mayoría de los 800 millones de neumáticos desechados anualmente se queman como combustible o se muelen para otras aplicaciones, el 16% de ellos terminan en vertederos.


“Recuperar incluso una fracción de ellos como grafeno evitará que millones de neumáticos lleguen a los vertederos ”, dice Tour.


El proceso "flash" que Tour y sus colegas introdujeron en 2020 se ha utilizado para convertir desechos de alimentos, plástico y otras fuentes de carbono al exponerlos a una descarga eléctrica que elimina todo menos átomos de carbono de la muestra.


Una imagen de microscopio electrónico de transmisión muestra el espaciado entre capas de grafeno turbostrático producido en la Universidad de Rice al destellar negro de humo de neumáticos de caucho desechados con una sacudida de electricidad. Crédito: Tour Research Group / Rice University

Esos átomos se vuelven a ensamblar en un valioso grafeno turboestrático, que tiene capas desalineadas que son más solubles que el grafeno producido mediante la exfoliación del grafito. Eso hace que sea más fácil de usar en materiales compuestos.


El caucho resultó ser más desafiante que los alimentos o el plástico para convertirse en grafeno, pero el laboratorio utilizó caucho de desecho pirolizado comercial de neumáticos para optimizar el proceso. Una vez que se extraen los aceites útiles de las llantas de desecho, este residuo de carbono ha tenido hasta ahora un valor cercano a cero, dice Tour.


El negro de carbón derivado de llantas o una mezcla de llantas de caucho trituradas y negro de carbón comercial se puede convertir en grafeno. Debido a que el grafeno turboestrático es soluble, se puede agregar fácilmente al cemento para hacer un concreto más ecológico.


Los investigadores proyectaron negro de carbón derivado de neumáticos y encontraron que aproximadamente el 70% del material se convirtió en grafeno. Al flashear neumáticos de caucho triturado mezclados con negro de humo simple para agregar conductividad, aproximadamente el 47% se convirtió en grafeno. Los investigadores descargaron elementos además del carbono para otros usos.


Los científicos de la Universidad de Rice han optimizado un proceso para convertir el caucho de los neumáticos desechados en grafeno flash turboestrático. El grafeno es altamente soluble, lo que lo hace ideal para materiales compuestos, incluido el cemento en concreto más ecológico. Crédito: Tour Research Group / Rice University

Los pulsos eléctricos duraron entre 300 milisegundos y 1 segundo. El laboratorio calculó que la electricidad utilizada en el proceso de conversión costaría alrededor de $100 dólares por tonelada de carbono inicial.


Los investigadores mezclaron cantidades minúsculas de grafeno derivado de llantas — 0.1 por ciento en peso (% en peso) para el negro de carbón de llantas y 0.05% en peso para el negro de carbón y llantas trituradas — con cemento Portland y lo usaron para producir cilindros de concreto. Probados después de curar durante siete días, los cilindros mostraron ganancias del 30% o más en resistencia a la compresión. Después de 28 días, el 0,1% en peso de grafeno fue suficiente para dar a ambos productos una ganancia de resistencia de al menos el 30%.


“Este aumento en la resistencia se debe en parte a un efecto de siembra del grafeno 2D para un mejor crecimiento de los productos hidratados de cemento, y en parte debido a un efecto de refuerzo en etapas posteriores”, dice Rouzbeh Shahsavari de C-Crete Technologies.


El estudiante graduado de Rice, Paul Advincula, es el autor principal del artículo, que aparece en la revista Carbon.


La Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética del Departamento de Energía apoyaron la investigación.



Más información: “Flash graphene from rubber waste” by Paul A. Advincula, Duy Xuan Luong, Weiyin Chen, Shivaranjan Raghuraman, Rouzbeh Shahsavari and James M. Tour, 28 March 2021, Carbon. DOI: 10.1016/j.carbon.2021.03.020



Nota original: Rice University

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