傳統(tǒng)印象里石墨烯只能來源于石墨礦物質(zhì)，如今有一種新方法顛覆傳統(tǒng)。

《科技日?qǐng)?bào)》5月16日消息，我國(guó)專家利用從玉米芯中提取糠醛等物質(zhì)后剩余的纖維素為原料制備了生物質(zhì)石墨烯材料，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，已創(chuàng)超億元產(chǎn)值。2014年，濟(jì)南圣泉集團(tuán)建立了世界上首條年產(chǎn)20噸的生物質(zhì)石墨烯材料宏量制備生產(chǎn)線，并在2016年擴(kuò)產(chǎn)至年產(chǎn)100噸。

石墨烯價(jià)格一度高達(dá)約5000元/克，但自從中國(guó)出現(xiàn)第一條石墨烯生產(chǎn)線，其價(jià)格跳崖式降價(jià)，這使石墨烯產(chǎn)品大規(guī)模商品化民用化成為可能。

石墨烯概念圖

生物質(zhì)石墨烯環(huán)保、成本低

由黑龍江大學(xué)和濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司聯(lián)合完成的“生物質(zhì)石墨烯材料綠色宏量制備工藝”項(xiàng)目近日通過專家組鑒定，鑒定結(jié)果認(rèn)為該項(xiàng)目在國(guó)際上首創(chuàng)從生物質(zhì)中提取制備石墨烯材料的技術(shù)路徑，方法綠色環(huán)保、成本低，生物質(zhì)石墨烯材料質(zhì)量高、導(dǎo)電性優(yōu)異。

常規(guī)石墨烯材料生產(chǎn)主要有三種方式，一種是對(duì)石墨進(jìn)行剝離，第二種是對(duì)天然氣、甲烷等進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，第三種是氧化石墨還原法。以上方法存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、環(huán)境污染嚴(yán)重以及產(chǎn)能受限等問題。

付宏剛教授帶領(lǐng)的黑龍江大學(xué)功能無機(jī)材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，他們獨(dú)辟蹊徑利用玉米芯里纖維素進(jìn)行化學(xué)重組，從而合成生物質(zhì)石墨烯材料。該團(tuán)隊(duì)通過“基團(tuán)配位組裝析碳法”實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)石墨烯材料的宏量制備，同時(shí)還在研發(fā)利用玉米秸稈制備石墨烯的制備工藝。在2014年建立了世界上首條年產(chǎn)20噸的生物質(zhì)石墨烯材料宏量制備生產(chǎn)線，并在2016年擴(kuò)產(chǎn)至年產(chǎn)100噸。首創(chuàng)將生物質(zhì)石墨烯材料應(yīng)用于多種纖維復(fù)合并成功實(shí)現(xiàn)均勻分散，首次實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)石墨烯材料的成果轉(zhuǎn)化和石墨烯纖維制品的商業(yè)化。

在我國(guó)，生物質(zhì)中僅玉米芯的年產(chǎn)量就高達(dá)1億噸，大部分集中于東北三省、山東省、河北省，年產(chǎn)100噸生物質(zhì)石墨烯材料所支撐的產(chǎn)品線可帶來產(chǎn)值3億-5億元。

目前在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中，由于玉米芯含有豐富的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等，已被用于造紙，生物制糖等行業(yè)

圣泉集團(tuán)已積累技術(shù)多年

《科技日?qǐng)?bào)》今年2月已就專注生物質(zhì)石墨烯的圣泉集團(tuán)進(jìn)行過報(bào)道。

報(bào)道稱，2009年開始，圣泉集團(tuán)把石墨烯研發(fā)列為重大技術(shù)創(chuàng)新專項(xiàng)。2014年，企業(yè)科研團(tuán)隊(duì)與黑龍江大學(xué)合作，運(yùn)用“基團(tuán)配位組裝法”聯(lián)合攻克植物秸桿提取石墨烯技術(shù)。在全球首創(chuàng)了以生物質(zhì)為原料制備石墨烯的先河，并通過公司科研團(tuán)隊(duì)在原料、工藝流程、后處理精制等過程上的不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，解決了石墨烯改性和分散這兩大世界性難題，使生物質(zhì)石墨烯具有了更加優(yōu)異的性能。2015年再獲突破，實(shí)現(xiàn)石墨烯與玉米芯纖維復(fù)合，生產(chǎn)出生物質(zhì)石墨烯內(nèi)暖智能纖維。

早在30年前，圣泉就開始專注于各類植物秸稈的研究、開發(fā)與綜合利用，多年的超常規(guī)發(fā)展，圣泉已成為全球最大呋喃樹脂產(chǎn)銷基地和亞洲最大高檔酚醛樹脂生產(chǎn)基地，其酚醛樹脂深加工的酚醛空心微球還應(yīng)用到神舟飛船保溫材料。

圣泉集團(tuán)董事長(zhǎng)唐一林介紹，“約10-15斤玉米芯，便可提取1斤石墨烯，我們的全球首條100噸/年生物質(zhì)石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)線已于2015年成功投產(chǎn)。以石墨烯為原材料創(chuàng)造性研發(fā)出了內(nèi)暖纖維、內(nèi)暖絨、內(nèi)暖烯孔新材料等三大系列上百個(gè)衍生產(chǎn)品。”

生物質(zhì)石墨烯與纖維紡織制品的成功復(fù)合應(yīng)用，讓生物質(zhì)石墨烯大規(guī)模商品化應(yīng)用充滿了無限可能。唐一林說，“我們堅(jiān)持對(duì)產(chǎn)品的研究探索應(yīng)更注重應(yīng)用，只要能提高人的生活質(zhì)量，或是顯著改善現(xiàn)有產(chǎn)品的功能就是進(jìn)步，像我們的內(nèi)暖材料作為一種石墨烯民用新材料，相信很快要在紡織、家居等日用消費(fèi)品領(lǐng)域引發(fā)一場(chǎng)革命。”

前不久，企業(yè)石墨烯產(chǎn)品獲得新突破，高強(qiáng)高模纖維問世。“這是一種像鋼絲一樣堅(jiān)硬卻又柔軟的纖維”，唐一林介紹，高強(qiáng)高模纖維指的是基于石墨烯分散復(fù)合技術(shù)制備的聚乙烯醇(PVA)纖維。PVA纖維具有極高的理論強(qiáng)度和模量，在高性能纖維制備研究領(lǐng)域具有很大潛力。企業(yè)通過優(yōu)化石墨烯分散及改性技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了石墨烯與PVA的均一化復(fù)合，石墨烯的引入使得纖維高分子量獲得了更高的取向度和分子間結(jié)合力，最終得到了具有高強(qiáng)高模特性的納米復(fù)合纖維產(chǎn)品。相比于其它高性能纖維，該復(fù)合纖維產(chǎn)品強(qiáng)度提高了1.5倍，模量提高了3倍，除優(yōu)異的力學(xué)性能，同時(shí)兼具耐化學(xué)腐蝕、耐紫外老化、抗靜電、低成本等優(yōu)勢(shì)，大大拓展了現(xiàn)有PVA纖維的應(yīng)用領(lǐng)域，如高性能輪胎簾子線、混凝土增強(qiáng)纖維、船只作業(yè)纜繩、纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料、防彈材料、耐磨特種服裝、智能加熱服飾等領(lǐng)域。

在2016年的兩會(huì)上，這項(xiàng)科技創(chuàng)新成果受到李克強(qiáng)總理點(diǎn)贊。同年9月，其石墨烯內(nèi)暖纖維榮獲意大利科技部頒發(fā)的“2016意大利國(guó)家科技創(chuàng)新大獎(jiǎng)”，這也是中國(guó)企業(yè)首次獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)。