Crédito: Ilustración de MASR Saadi/Universidad Rice

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HOUSTON – (18 de noviembre de 2022) – Los asfaltenos, un subproducto de la producción de petróleo, son un material de desecho con potencial. Los científicos de la Universidad de Rice están decididos a encontrarlo convirtiendo el recurso rico en carbono en grafeno útil.

Muhammad Rahman, profesor asistente de ciencia de los materiales y nanoingeniería, utiliza el exclusivo proceso de calentamiento Lightning Joule de Rice para convertir instantáneamente los asfaltenos en grafeno turbostrático (alineado libremente) y mezclarlo en compuestos para aplicaciones térmicas, anticorrosivas y de impresión 3D.

El proceso hace un buen uso del material que, de otro modo, se incineraría para su reutilización como combustible o se desecharía en estanques de relaves y vertederos. Usar al menos parte de las reservas mundiales de más de 1 billón de barriles de asfalteno como materia prima para el grafeno también sería bueno para el medio ambiente.

«El asfalto es un gran dolor de cabeza para la industria petrolera y creo que habrá mucho interés en él», dijo Rahman, quien describió el proceso como una forma escalable y sostenible de reducir las emisiones de carbono de la quema de asfalto.

Rahman es uno de los principales autores correspondientes del artículo en avances científicos codirigido por el químico de Rice James Tour, cuyo laboratorio desarrolló el calentador Flash Joule, el científico de materiales Pulickel Ajayan y Md Golam Kibria, profesor asistente de ingeniería química y petrolera en la Universidad de Calgary, Canadá.

Los asfaltenos ya consisten en 70% a 80% de carbono. El laboratorio de Rice lo combina con aproximadamente un 20 % de negro de carbón para aumentar la conductividad y lo destella con una ráfaga de electricidad, convirtiéndolo en grafeno en menos de un segundo. Otros elementos en la materia prima, incluidos hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y azufre, se ventilan como gases.

«Estamos tratando de mantener el contenido de hollín lo más bajo posible porque queremos maximizar el uso de asfalto», dijo Rahman.

«El gobierno está presionando a la industria petrolera para que se ocupe de esto», dijo el estudiante graduado de Rice y coautor principal MASR Saadi. “Hay miles de millones de barriles de asfaltenos disponibles, por lo que comenzamos a trabajar en este proyecto principalmente para ver si podíamos fabricar fibra de carbono. Esto nos hizo pensar que tal vez deberíamos intentar hacer grafeno con calentamiento instantáneo Joule”.

Confiados en que el proceso de Tour funciona tan bien en asfaltos como en una variedad de otros productos, incluidos plástico, desechos electrónicos, llantas, cenizas volantes de carbón e incluso piezas de automóviles, los investigadores se propusieron hacer cosas con su grafeno.

Saadi, que trabaja con Rahman y Ajayan, mezcló el grafeno en compuestos y luego en tintas poliméricas destinadas a las impresoras 3D. «Ajustamos la reología de la tinta para mostrar que es imprimible», dijo, y señaló que las tintas no agregaron más del 10 % de grafeno. Las pruebas mecánicas de los objetos impresos están próximas, dijo.

El estudiante graduado de Rice, Paul Advincula, miembro del laboratorio de la gira, es coautor principal de la publicación. Los coautores son los estudiantes de posgrado de Rice Md Shajedul Hoque Thakur, Ali Khater, Jacob Beckham y Minghe Lou, la estudiante Aasha Zinke y el becario posdoctoral Soumyabrata Roy; el investigador Shabab Saad, el ex alumno Ali Shayesteh Zeraati, el estudiante de doctorado Shariful Kibria Nabil y el becario postdoctoral Md Abdullah Al Bari de la Universidad de Calgary; la estudiante de doctorado Sravani Bheemasetti y Venkataramana Gadhamshetty, profesora asociada de la Escuela de Minas y Tecnología de Dakota del Sur y su Centro de Ciencia y Tecnología de Ingeniería de Materiales 2D de Biopelículas; y el asistente de investigación Yiwen Zheng y Aniruddh Vashisth, profesor asistente de ingeniería mecánica de la Universidad de Washington.

La investigación fue apoyada por los programas Alberta Innovates for Carbon Fiber Grand Challenge, la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (FA9550-19-1-0296), el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. (W912HZ-21-2-0050) y el Fondos Nacionales Fundación Ciencia (1849206, 1920954).

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Lea el resumen en www.doi.org/10.1126/sciadv.add3555.

Este comunicado de prensa está disponible en línea en https://news.rice.edu/news/2022/rice-turns-asphaltene-graphene-composites.

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Materiales relacionados:

Rice Lab convierte la basura en grafeno valioso sobre la marcha: https://news.rice.edu/news/2020/rice-lab-turns-trash-valuable-graphene-flash

Grupo de Investigación Ajayan: https://ajayan.rice.edu

Grupo de viaje: https://www.jmtour.com

Imágenes para descargar:

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Los investigadores de la Universidad de Rice buscan el «reciclaje sostenible» del asfalto convirtiéndolo en grafeno, útil para materiales compuestos. (Ilustración de MASR Saadi/Universidad Rice)

https://news-network.rice.edu/news/files/2022/10/1107_FLASH-2-WEB.jpg

Leyenda: Muhammad Rahman, izquierda, y MASR Saadi. (Crédito: Foto de Jeff Fitlow/Universidad Rice)

Ubicada en un campus arbolado de 300 acres en Houston, la Universidad de Rice se clasifica regularmente entre las 20 mejores universidades del país por US News & World Report. Rice tiene escuelas muy respetadas en arquitectura, negocios, educación continua, ingeniería, humanidades, música, ciencia y ciencias sociales y es la sede del Instituto Baker para Políticas Públicas. Con 4.240 estudiantes de pregrado y 3.972 estudiantes de posgrado, la proporción de estudiantes por docente de Rice es apenas inferior a 6:1. El sistema de viviendas universitarias construye comunidades cercanas y amistades para toda la vida, solo una de las razones por las que Rice ocupa el puesto número 1 en muchas interacciones de raza/clase y el número 1 en calidad de vida según Princeton Review. Rice también está clasificada como la universidad privada de mejor valor por Kiplinger’s Personal Finance.




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