莱斯大学的科学家们开发了一种将回收的废弃塑料转化为多种用途的混合碳纳米材料的方法。
研究人员预计,到2050年,塑料产量将增加两倍,而全球塑料垃圾在过去20年翻了一番。他们援引经济合作与发展组织(Organization for Economic Cooperation and Development)的数据称,大多数垃圾最终被填埋、焚烧或以其他方式管理不善。
根据一份新闻稿,一些估计表明,只有5%的垃圾被回收。
莱斯大学研究生、一项研究的主要作者凯文·维斯(Kevin Wyss)和他的团队发现了一种充分利用这种废物的新方法。这项研究发表在先进材料,展示了Wyss和他的同事——在化学家James Tour的实验室里——如何利用闪光焦耳加热将塑料变成有价值的碳纳米管和混合纳米材料。
“我们能够制造一种混合碳纳米材料,其性能优于石墨烯和市售碳纳米管,”Wyss说说.
这种纳米材料具有低密度和大表面积的强度和化学鲁棒性。结合导电性和宽带电磁吸收能力,它们可用于医疗、工业和电子应用。
Wyss说:“这次我们的研究结果真正有趣的地方在于,我们能够在碳纳米管的末端附着一些石墨烯。”“你可以把这种新型混合纳米材料的结构想象成豆芽或棒棒糖。这些通常很难制作,而我们能够用废塑料制作它们的事实真的很特别。”
纳米材料是如何工作的
据研究人员称,这种纳米材料的结构增强了其性能。
Wyss把这比作从毛衣里抽出一根纱线。如果你拉一根“直而光滑”的线,它很容易就会脱落,破坏编织。对于这些碳纳米管,在末端附着大量的石墨烯使它们更难去除,从而增强了复合材料。
“你也可以这样想:如果你有碎片,很容易取出来。但如果你被末端有曲线的东西扎了一下,比如鱼钩,就很难取出来了。”
研究人员在超过3100开尔文(约5120华氏度)的温度下“闪光”塑料。他们把这种材料磨成小块,加入铁,然后混合一种不同的碳——比如木炭——来提高导电性。
据研究人员称,与现有工艺相比,闪光焦耳加热提供了“相当”更高的节能效益。他们说,与现有的纳米管生产方法相比,它也提供了更环保的好处。
“回收塑料比生产新塑料成本更高,”他补充说。“回收塑料几乎没有经济动力。这就是为什么我们转向升级回收,或将低价值的废料转化为具有更高货币或使用价值的东西。如果我们能把废弃塑料变成更有价值的东西,那么人们就可以通过对废弃塑料的处理负责而赚钱。”
Wyss说:“与目前使用的生产碳纳米管的商业方法相比,我们的方法消耗的能源少了90%,产生的二氧化碳少了90%-94%。”