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研究人員將廢輪胎焦炭轉化為高效燃料電池催化劑

2019-04-28 11:39

OFweek氫能網(wǎng)訊：意大利的一個研究小組已經將廢物－輪胎熱解的最低價值副產品－轉化為用于堿性燃料電池和金屬空氣電池的高效氧還原反應（ORR）催化劑。關于他們工作的論文發(fā)表在“電源雜志”上。

研究小組成員Passaponti等介紹稱，內燃機動力車輛數(shù)量的急劇增長在很大程度上是由于溫室氣體排放和固體廢物處理造成的環(huán)境問題。關于后者，廢舊輪胎是一個長期存在且尚未解決的問題。

目前，每年生產約15億個廢輪胎，僅包括歐洲就生產260萬噸廢輪胎。全世界80％以上的廢舊輪胎產品集中在少數(shù)幾個國家和地區(qū)，如美國、歐盟、中國、印度和日本等，這些地區(qū)已經實施了嚴格的協(xié)議和法規(guī)（例如歐盟指令31／1991）。

應該提到的是，輪胎磨損狀態(tài)下的質量基本上與它們的生產時相同。特別是，廢舊輪胎的化學成分造成嚴重問題。由于有毒化學品的易燃性和泄漏，大多數(shù)國家都禁止垃圾填埋場存放。基于上述原因，整個輪胎被回收用于生產用于游樂場，運動場地的墊子，以及用于制造水泥；自1994年以來，進入垃圾填埋場的廢輪胎比例從2015年的60％降至5％。

熱處理，例如熱解，已被開發(fā)為回收有用化學品的有效策略，通常以燃料的形式或從廢舊輪胎中回收。固體殘留物，通常稱為炭，暫時用于生產炭黑和／或活性炭，在超級電容器的活性炭電極生產方面取得了一些成功。Chars含有大量（從幾個到幾千ppm）不同的金屬，這些金屬以隔離的化學實體或顆粒物質（例如氧化物，硫化物等）的形式嵌入非均相基質中。在硫化和橡膠制造的其他階段引入這些化合物。混合物的多樣性使得從廢舊輪胎中分離和回收金屬變得非常困難。

而研究人員提出了一種有效的方法，利用分散在炭形成后獲得的碳質基質中的納米級金屬或金屬氧化物／硫化物顆粒的存在。研究人員證明，簡單的后熱解熱處理可用于生產對電催化氧還原反應（ORR）具有高活性的材料。

該團隊使用微波輔助熱解（MAP）生產的炭，研究團隊發(fā)現(xiàn)兩個主要因素促成了ORR活性的增強：（1）比表面積和孔隙率大；（2）嵌入碳基質中的高濃度ZnO顆粒的存在。

焦炭燃料電池催化劑