Нанотехнологический метод может приносить прибыль из отходов пластика

 Исследователи сообщают, что метод «Flash Joule» может стать прибыльным способом превратить пластиковые отходы в наноматериалы.

По данным Организации экономического сотрудничества и развития, количество пластиковых отходов, производимых во всем мире, удвоилось за последние два десятилетия, а производство пластика, как ожидается, утроится к 2050 году. По некоторым оценкам, на самом деле перерабатывается только 5%.

«Отходы пластика редко перерабатываются, потому что мытье, сортировка и переплавка пластика, чтобы превратить его в материал, который можно использовать на заводе, стоит больших денег», — говорит Кевин Висс, выпускник Университета Райса. студент и ведущий автор исследования в журнале Advanced Materials. В документе описывается, как он и его коллеги из лаборатории химика Джеймса Тура использовали свою технику мгновенного джоулевого нагрева для превращения пластика в ценные углеродные нанотрубки и гибридные наноматериалы.

«Мы смогли создать гибридный углеродный наноматериал, который превзошел как графен, так и коммерчески доступные углеродные нанотрубки», — говорит Висс.

НАНОМАТЕРИАЛЬНЫЕ «РОСТКИ»

Графен, углеродные нанотрубки и другие наноматериалы на основе углерода, как правило, прочны и химически устойчивы, имеют низкую плотность и большую площадь поверхности, а также обладают проводимостью и способностью поглощать широкополосные электромагнитные волны. Это делает их полезными в различных промышленных, медицинских и электронных приложениях, таких как композиты, покрытия, датчики, электрохимические накопители энергии и многое другое.

«Что действительно интересно в наших результатах на этот раз, так это то, что мы смогли сделать эти углеродные нанотрубки с кусочками графена, прикрепленными к концам», — говорит Висс. «Вы можете думать о структуре этого нового гибридного наноматериала, похожей на ростки фасоли или леденцы. Их обычно очень сложно сделать, и тот факт, что мы смогли сделать их из отходов пластика, действительно особенный».

Структура нового гибридного углеродного наноматериала отвечает за его улучшенные характеристики.

«Допустим, я пытался вытащить нить из свитера, — говорит Висс. «Если нить прямая и гладкая, иногда она может довольно легко выйти и испортить плетение. То же самое и с углеродными нанотрубками; наличие этих масс графена, прикрепленных к концам, значительно затрудняет их удаление, тем самым укрепляя композит.

«Вы также можете думать об этом так: если вы получили занозу, ее легко вытащить. Но если вы уколетесь чем-то с закруглением на конце, например, рыболовным крючком, вытащить его будет намного сложнее», — добавляет он.

«ВСПЫШАЙТЕ» ПЛАСТИКОВЫЕ ОТХОДЫ

Пластик, который не нужно сортировать или мыть, как при традиционной переработке, «вспыхивает» при температуре более 3100 кельвинов (около 5120 градусов по Фаренгейту). «Все, что мы делаем, — это измельчаем материал на мелкие кусочки размером с конфетти, добавляем немного железа и смешиваем небольшое количество другого углерода — скажем, древесного угля — для проводимости», — говорит Висс.

«Переработка пластика стоит больше, чем просто производство нового пластика», — добавляет он. «У переработки пластика очень мало экономических стимулов. Вот почему мы обратились к вторичной переработке или превращению малоценных отходов во что-то с более высокой денежной или потребительской ценностью. Если мы сможем превратить отходы пластика во что-то более ценное, тогда люди смогут зарабатывать деньги, беря на себя ответственность за то, как они обращаются с выброшенным пластиком».

Анализ жизненного цикла производственного процесса показал, что мгновенный джоулев нагрев был значительно более энергоэффективным и экологически безопасным, чем существующие процессы производства нанотрубок.

«По сравнению с коммерческими методами производства углеродных нанотрубок, которые используются прямо сейчас, наш использует примерно на 90% меньше энергии и генерирует на 90–94% меньше углекислого газа», — говорит Висс.

Исследовательская стипендия Национального научного фонда, Управление научных исследований ВВС и Центр инженерных исследований и разработок армии США поддержали исследование.

Источник