โฟมกราฟีนคุณภาพสูงผลิตจากก๊าซของเสียที่เกิดขึ้นระหว่างการบำบัดของเสียอินทรีย์ที่อุณหภูมิสูง นักวิจัยในจีนกล่าวว่าเทคนิคที่ใช้ไพโรไลซิสนั้นมีราคาถูกและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าวิธีการผลิตแบบเดิม วัสดุดังกล่าวมีโครงสร้างคล้ายกับโฟมกราฟีนที่ผลิตตามธรรมเนียม แห่งมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีนในเหอเฟยและคณะ โฟมยังแสดงประสิทธิภาพ
การขนส่ง
ทางไฟฟ้าที่คล้ายคลึงกัน และสามารถกรองและดูดซับของเหลว เช่น เบนซินและพาราฟินได้ เช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์กราฟีนอื่นๆ โฟมกราฟีนมีรูพรุน เวอร์ชัน 3 มิติของแผ่นคาร์บอน 2 มิติที่เป็นกราฟีนทั่วไป เช่นเดียวกับกราฟีนรูปแบบอื่นๆ พวกมันแข็งแกร่งมาก มีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนสูง
และเป็นตัวนำความร้อนที่ดี โฟมมีศักยภาพในการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงในการกักเก็บพลังงาน การทำให้สิ่งแวดล้อมบริสุทธิ์ เคมี และไบโอเซนเซอร์ การสะสมไอของสารเคมีโฟมกราฟีนมักเกิดจากการสะสมของไอสารเคมี ก๊าซที่ประกอบด้วยคาร์บอน เช่น มีเทน และก๊าซพาหะ จะถูกนำเข้าสู่
พื้นผิวโฟมโลหะที่ให้ความร้อน ซึ่งโดยปกติจะเป็นนิกเกิลหรือทองแดง เมื่อก๊าซสัมผัสกับพื้นผิว ก๊าซจะสะสมฟิล์มอะตอมของคาร์บอนไว้ เมื่อปฏิกิริยาเสร็จสิ้น โลหะจะถูกกัดออกไปโดยเหลือโครงตาข่ายสามมิติของกราฟีน การสะสมไอระเหยของสารเคมีมีราคาแพงและใช้ไฮโดรเจน มีเทน และก๊าซอื่นๆ
ในปริมาณมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม Jiang และเพื่อนร่วมงานจึงเริ่มผลิตกราฟีนโดยใช้ก๊าซของเสียที่อุดมด้วยคาร์บอนจากโรงกลั่นชีวภาพที่ปล่อยขยะอินทรีย์ออกมา โรงงานเหล่านี้ให้ความร้อนแก่ชีวมวลถึง 500 °C หรือมากกว่านั้นในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน เพื่อผลิตทางเลือกแทนผลิตภัณฑ์จากน้ำมันดิบ
เช่น เชื้อเพลิงชีวภาพ กระบวนการนี้เรียกว่า ไพโรไลซิส ถูกนำมาใช้เป็นเวลาหลายพันปีเพื่อผลิตถ่าน
ทีมงานได้ติดตั้งระบบไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงและผลิตโฟมกราฟีนโดยใช้วัตถุดิบตั้งต้นที่แตกต่างกัน 2 ชนิด ได้แก่ เซลลูโลสแบบผงและลิกนินแบบผง ซึ่งทั้งคู่ได้มาจากพืช ผงถูกไพโรไลซิส
ที่อุณหภูมิ
800 °C และกรองก๊าซเสียเพื่อให้ได้ก๊าซโมเลกุลขนาดเล็ก จากนั้นก๊าซบริสุทธิ์เหล่านี้จะถูกป้อนเข้าไปในห้องสะสมไอสารเคมีและสะสมไว้บนโฟมนิกเกิล มีการใช้เทคนิคต่างๆ รวมถึงรามานสเปกโทรสโกปีและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด เพื่อตรวจสอบโครงสร้างของโฟมกราฟีน
“ผลิตภัณฑ์ทั้ง สองมีคุณภาพดีโดยไม่มีข้อบกพร่องที่ชัดเจน” ฟางและขี้เลื่อย แต่เซลลูโลสผงและลิกนินไม่เหมือนกับขยะชีวมวล ในการจำลองขยะอินทรีย์ทั่วไป นักวิจัยได้ป้อนฟางและขี้เลื่อยในระบบของพวกเขา โฟมกราฟีนที่ผลิตมีคุณภาพลดลงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเซลลูโลสและลิกนิน
อย่างไรก็ตาม นักวิจัยกล่าวว่าโฟมทั้งหมดที่พวกเขาสร้างขึ้นมีโครงสร้างที่สม่ำเสมอและประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยมในการใช้งานด้านสิ่งแวดล้อมหรือการเก็บพลังงาน วัสดุที่อุดมด้วยลิกนิน เซลลูโลส และเฮมิเซลลูโลสจะดีที่สุดสำหรับการผลิตโฟมกราฟีน 3 มิติ Jiang กล่าว แต่ขยะอินทรีย์อื่นๆ ก็ใช้ได้
“คุณภาพของโฟมกราฟีน 3 มิติอาจได้รับอิทธิพลจากองค์ประกอบอื่นๆ ของขยะชีวมวล” เขาอธิบาย “ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนหรือกำมะถันสามารถเจือลงในผลิตภัณฑ์ที่ได้รับหากวัตถุดิบตั้งต้นมีปริมาณสูง [ขององค์ประกอบเหล่านี้]” นักเคมีแห่งมหาวิทยาลัย ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัย
กล่าวว่าเนื่องจากการผลิตกราฟีนมักจะอาศัยเชื้อเพลิงฟอสซิลหรือกราไฟท์บริสุทธิ์ ซึ่งเป็นวัสดุหายากที่สำคัญ การมองหาวิธีการผลิตแบบอื่นจึงเป็นสิ่งที่คุ้มค่า เขาเสริมว่าผลงานดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าการผลิตกราฟีนจากชีวมวลหมุนเวียนนั้น “เป็นไปได้ค่อนข้างชัดเจน”
การวิเคราะห์วัฏจักรชีวิตพบว่าการผลิตโฟมกราฟีนจากกระบวนการไพโรไลซิสของขี้เลื่อยใช้พลังงานน้อยกว่าและมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่ากระบวนการสะสมไอเคมีทั่วไปโดยใช้ก๊าซมีเทน โฟมที่ได้จากชีวมวลมีผลกระทบน้อยกว่าใน 15 ประเภทจาก 18 ประเภท รวมถึงภาวะโลกร้อนและการใช้ที่ดิน
นอกจากโฟมกราฟีนแล้ว กระบวนการของ Jiang ยังผลิตไบโอออยล์อีกด้วย ทีมงานกล่าวว่าการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงอย่างกราฟีนควบคู่กับเชื้อเพลิงชีวภาพสามารถช่วยเพิ่มศักยภาพทางเศรษฐกิจของไพโรไลซิสชีวมวลและสนับสนุนการค้าที่กว้างขึ้น อย่างไรก็ตาม Randviir ไม่มั่นใจในสิ่งนี้
ในขณะที่
เขาคิดว่ามีศักยภาพในการผลิตกราฟีนจากขยะอินทรีย์ เขาตั้งคำถามว่าจะทำในปริมาณมากได้หรือไม่ และถ้าเป็นไปได้เศรษฐกิจอาจเปลี่ยนไป ปัจจุบันกราฟีนมีราคาแพงเพราะไม่มีใครรู้วิธีการผลิตในระดับอุตสาหกรรม เขาอธิบาย หากเป็นเช่นนั้น ราคาจะลดลง เพิ่มมูลค่าให้กับกระบวนการไพโรไลซิสน้อยลง
และเพื่อนร่วมงานของเขากำลังค้นหาความสัมพันธ์ระหว่างผลผลิตของกราฟีนโฟมและไบโอออยล์ และประเมินต้นทุนและมูลค่าของกระบวนการเพิ่มเติม พวกเขายังต้องการขยายขนาดของโฟมกราฟีนและควบคุมจำนวนชั้นของกราฟีนได้ดีขึ้น Jiang กล่าว
ทีมงานยังได้ดูผลกระทบที่เรียกว่า “การทำให้ผอมบางของแรงเฉือน” ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแรงเฉือนที่สูงขึ้นบังคับให้เส้นใยโพลิเมอร์เรียงตัวกัน ซึ่งจะทำให้ความหนืดลดลง ในทางตรงกันข้าม ทีมงานของ Deblais พบว่าส่วนผสมที่มีเวิร์มที่ออกฤทธิ์มากกว่าจะแสดงการเฉือนที่บางน้อยกว่าส่วนผสม
ที่ไม่ได้ใช้งานเมื่อจานถูกหมุนหลายรอบต่อวินาที พวกเขาเชื่อว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อการงอ การยืด และการหดตัวของเวิร์มที่ดิ้นไปมานั้นขัดกับกระบวนการจัดเรียงตัว ตอนนี้ Deblais และเพื่อนร่วมงานหวังว่างานวิจัยของพวกเขาจะปูทางไปสู่การวิจัยเชิงทดลองใหม่ที่พวกเขาเรียกว่า “หนอนที่มีลักษณะคล้ายโพลิเมอร์” ซึ่งอาจนำไปสู่แบบจำลองที่ดีกว่ามากของระบบที่คล้ายคลึงกัน
