煤基石墨烯氧化物与商用石墨烯氧化物在混凝土强度性能方面的比较评估

《ACS Applied Engineering Materials》：Comparative Evaluation of Coal-Derived and Commercial Graphene Oxides in Concrete Strength Performance

石墨烯氧化物通过煤硝酸盐一锅法高效制备，显著提升混凝土抗压强度（18-28%）和弹性（36%），维持泊松比0.15，促进早期水化反应并形成致密结构。

　　

氧化石墨烯（GO）凭借其高表面积、优异的机械性能、富含氧的功能基团以及能够改善混凝土的水化过程、耐久性和微观结构，从而提升了混凝土的性能。虽然常用的GO合成方法是Hummers法，但该方法依赖于强酸和氧化剂，因此成本较高，不太适合用于低层建筑。我们开发了一种简单的“一锅法”合成工艺，使用来自美国怀俄明州Powder River Basin地区的煤炭提取的硝酸。基于硝酸的合成方法比传统的Hummers法更安全、更具成本效益，且更加环保，能够实现适用于水泥应用的富氧氧化石墨烯的大规模生产。我们将这种基于煤炭的氧化石墨烯与市售的氧化石墨烯（CGO）以及其他煤炭衍生物（包括还原型氧化石墨烯CDrGO、碱处理氧化石墨烯CDBGO和快速热解氧化石墨烯CDFGO）进行了对比，所有样品的添加浓度均为水泥质量的0.05%。实验结果表明，CDGO和CDrGO显著提高了混凝土的抗压强度（提升18%至28%）和弹性（最高提升36%），同时保持了0.15的泊松比。等温量热分析证实了这些材料促进了混凝土的早期水化过程，并使混凝土结构更加致密。这些发现表明，CDGO及其衍生物是比CGO更具成本效益的替代品，有助于实现怀俄明州煤炭的可持续利用，并减少与水泥生产相关的环境影响。