L’électrochoc pour le coke de pétrole crée du graphène durable


L'électrochoc pour le coke de pétrole crée du graphène durable

Le doctorant Kailash Arole utilise l’exfoliation électrochimique le du coke de . Crédit photo : Texas A&M Engineering

Des chercheurs de la Texas A&M University et d’ExxonMobil développent une méthode pour recycler le coke de pétrole – un sous-produit du raffinage du pétrole brut – en une alternative et de grande valeur. À l’aide d’un processus chimique appelé peeling électrochimique, ils ont transformé le coke de pétrole en graphène, un nanomatériau ayant des applications dans l’électronique, la médecine et le stockage d’énergie.

Cette étude a été publiée dans npj matériaux 2D et applications.

Le pétrole brut est un mélange de nombreux hydrocarbures différents, les fractions légères devenant du gaz naturel tandis que les fractions les plus lourdes forment des matériaux visqueux, voire solides. L’un des nombreux produits issus du raffinage du pétrole brut est le coke de pétrole solide.

Bien qu’il existe de nombreuses façons d’utiliser le coke de pétrole, comme B. électrodes pour la production d’acier et d’aluminium, ce processus libère des émissions de carbone nocives. Pour cette raison, l’industrie recherche des matériaux de haute qualité à faibles émissions qui peuvent être dérivés du pétrole.

Une solution possible consiste à réutiliser le coke de pétrole à haute teneur en carbone pour créer du graphène, un matériau polyvalent en forme de feuille composé d’une seule couche d’atomes de carbone. Classiquement, le graphène est exfolié du graphite. Les chercheurs ont cherché à savoir si des processus chimiques faciliteraient la production de graphène à partir de matériaux dérivés de combustibles fossiles.

« Nous savons que le coke de pétrole contient des matériaux de type graphène », a déclaré le Dr. Micah Green, professeur au département de génie chimique Artie McFerrin à Texas A&M. « Notre défi était d’isoler le graphène du matériau de départ. »

Pour accomplir cette tâche, les chercheurs se sont tournés vers l’électrochimie. Ils ont placé du coke dans une solution électrolytique avec une électrode de travail et une contre-électrode. Lorsqu’ils ont appliqué une tension à l’électrode de travail, les espèces ioniques, ou ions négatifs, de l’électrolyte ont migré entre les feuilles de graphène dans un processus appelé intercalation.

« Considérez le Coca comme un livre et le graphique comme chaque feuille de papier », a déclaré Green. « Lorsque le livre est posé à plat sur son dos, les pages se déploient et ont plus d’espaces entre elles. Le processus d’exfoliation électrochimique est similaire.

Lorsque le coke est expansé, le graphène se sépare. Des ions négatifs sont générés et se déplacent dans les interstices entre les couches de graphène, complétant la séparation du sous-produit de coke et du graphène.

De nombreuses applications de graphène nécessitent une conductivité élevée, mais on ne savait pas si le graphène du coke de pétrole pouvait atteindre de telles performances. Le graphène généré à partir du coke avait une conductivité de 50 Siemens par mètre par rapport à une batterie lithium-ion typique, qui a une conductivité électrique d’environ 150 à 160 Siemens par mètre. Grâce à un traitement thermique appelé recuit, les chercheurs ont pu augmenter encore la conductivité et ainsi la rendre comparable aux électrodes des batteries lithium-ion.

Grâce à ces informations, les applications graphiques en cours de développement depuis des années pourraient se concrétiser.

« L’avenir de la mise à l’échelle des nanomatériaux est directement lié aux flux existants dans l’industrie pétrochimique, et je prévois de nombreux autres exemples de produits chimiques dérivés du pétrole convertis en matériaux carbonés de grande valeur comme le graphène », a déclaré Green.


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Plus d’information:
Sanjit Saha et al, Production durable de graphène à partir de coke de pétrole par exfoliation électrochimique, npj matériaux 2D et applications (2021). DOI : 10.1038/s41699-021-00255-8

Fourni par l’Université Texas A&M

Citation: Le choc électrique au coke de pétrole génère du graphène durable (16 juin 2022), récupéré le 17 juin 2022 sur https://phys.org/news/2022-06-electric-petroleum-coke-sustainable-graphene.html

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