石墨烯工業化的開端:有效減少工業管道腐蝕

 使用石墨烯薄膜延長石油和天然氣工業管道的壽命,這種輸送管道一般由內層的聚合物或復合材料和外部加強鋼制成。在這些管道內,流體壓力非常高,除此之外,管道也常常面臨著高溫考驗。在輸送工程中,二氧化碳(CO2)、硫化氫(H2S)和水會滲透到管道的保護層下,沒有了保護層,作為增強結構的鋼可能會被腐蝕,這就導致管道隨著時間流逝漸漸失去了強度,這種結果最終就會導致災難性失效的風險。

  研究人員發現,如果將石墨烯與塑料進行機械混合,或者在內測涂上一層石墨烯,并不會影響管道通過性能。然而,研究小組通過將一層薄的石墨烯納米層壓到聚酰胺11(PA11)上,最終能夠生產出阻隔性能特別好的結構,聚酰胺11(PA11)是石油天然氣管道襯里中常用的塑料。

  為了驗證是否可靠,在60°C和高達400倍大氣壓下對多層層壓結構進行了測試,結果表明,與單獨使用PA11相比,多層層壓結構的CO2滲透率降低了90%以上,而H2S的滲透率可降低到無法檢測的水平。

  石墨烯雖然從合成和證實存在到今天只有短短十幾年的時間,但是已成為今年學者研究的熱點。石墨烯是一種由碳原子以sp?雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。具有相當好的柔韌性、透明性、而且比銅的導電性更好,此外,石墨烯是眾所周知能夠阻擋氦的材料,而氦是最難阻擋的氣體。隨著批量化生產以及大尺寸等難題的逐步突破,石墨烯的產業化應用步伐正在加快。

  僅在美國,石油和天然氣行業的腐蝕成本就高達14億美元。這種石墨烯技術有可能延長水下管道的使用壽命,從而減少維修所需的各類消耗。

  領導曼徹斯特研究團隊的教授Peter Budd說:“石墨烯有很多令人驚嘆的特性,但是要大規模地利用它們并不是那么容易。我們的工作是將石墨烯帶出實驗室,讓這種先進材料進入現實世界。

  TWI研究部主任Paul Woollin博士說:“這項研究是TWI通過創新網絡與世界領先大學有效合作的一個例子,利用我們的內部專家以及尖端測試能力,為各種最具挑戰性工業難題找出新穎獨特的解決方案。”

  像這樣可以大規模投入使用的石墨薄膜有潛力開辟廣闊的新市場,并給無數的工業過程帶來新革命,如食品包裝、水過濾和氣體分離等領域。