Universidad de arroz Los investigadores publicaron un estudio en la revista. Carbón, demostrando que las fibras de nanotubos de carbono (CNT) se pueden reciclar sin perder su estructura o propiedades, apoyando los esfuerzos hacia una economía round y más sostenible.
Este hallazgo posiciona a las fibras CNT como una alternativa sostenible a los materiales tradicionales como metales, polímeros y fibras de carbono más grandes, que son difíciles de reciclar.
El reciclaje ha sido durante mucho tiempo un desafío en la industria de materiales: el reciclaje de metales suele ser ineficiente y devour mucha energía, los polímeros tienden a perder sus propiedades después del reprocesamiento y las fibras de carbono no se pueden reciclar en absoluto, sólo se pueden reciclar cortándolas en trozos pequeños.
Matteo Pasquali, Profesor AJ Hartsook de Ingeniería Química y Biomolecular, Ciencia de Materiales y NanoIngeniería y Química, Universidad Rice
Añadió: “A medida que se amplían las fibras CNT, nos preguntamos si estos nuevos materiales podrían reciclarse en el futuro y cómo hacerlo para evitar de manera proactiva los problemas de gestión de residuos que surgieron cuando otros materiales de ingeniería alcanzaron un uso a gran escala. Esperábamos que el reciclaje fuera difícil y condujera a una pérdida significativa de propiedades. Sorprendentemente, descubrimos que las fibras de nanotubos de carbono superan con creces el potencial de reciclabilidad de los materiales de ingeniería existentes, lo que ofrece una solución a un importante problema medioambiental.«
Usando ácido clorosulfónico, un solvente industrial común, el equipo disolvió CNT comerciales de grado de fibra para producir fibras CNT hiladas en solución. Fue importante evaluar el impacto de diferentes fuentes de materiales en el proceso de fabricación de fibras y sus propiedades, ya que el reciclaje al ultimate de su vida útil a menudo implica combinar materiales de varios fabricantes utilizando diferentes métodos de producción.
Las fibras fabricadas a partir de diferentes tipos de CNT de diversos fabricantes se procesaron primero en fibras vírgenes distintas de una sola fuente y luego se reciclaron mezclándolas con ácido clorosulfónico. En explicit, las dos fibras se redisolvieron completamente sin separarse en fases líquidas distintas. El materials redisuelto se hiló en una fibra reciclada de fuente mixta con la misma estructura y alineación que la fibra virgen.
Al utilizar dos fuentes diferentes de nanotubos de carbono, nos aseguramos de que nuestro proceso de reciclaje fuera representativo de las condiciones de la vida actual. Sorprendentemente, las fibras recicladas demostraron resistencia mecánica, conductividad eléctrica, conductividad térmica y alineación equivalentes, lo que no tiene precedentes en el campo de los materiales de ingeniería.
Michelle Durán-Chaves, coautora del estudio y estudiante de posgrado, Universidad Rice
El estudio identificó varios hallazgos clave que destacan las fibras CNT como un materials viable para prácticas sostenibles. El más importante de ellos es su whole reciclabilidad. A diferencia de los materiales tradicionales como los polímeros y las fibras de carbono, cuya calidad se degrada durante el reciclaje, las fibras CNT conservan el 100 % de sus propiedades originales después del reciclaje.
Esta preservación de la calidad significa que las fibras CNT se pueden usar y reutilizar en aplicaciones exigentes sin comprometer el rendimiento, extendiendo así su ciclo de vida y reduciendo la necesidad de nuevas materias primas.
Ivan R. Siqueira, coprimer autor del estudio y profesor asociado, Pontifícia Universidade Católica
La eficiencia del proceso de reciclaje es otra ventaja importante. Los investigadores observaron que el reciclaje de fibra CNT es mucho más eficiente que los métodos convencionales de reciclaje de metales y polímeros, que a menudo implican un alto consumo de energía, productos químicos peligrosos o una clasificación que requiere mucha mano de obra.
Por el contrario, las fibras CNT se pueden reciclar sin clasificarlas, ya que se pueden combinar fibras de diversas fuentes para producir materiales reciclados de alta calidad. A escala, este sencillo proceso de reciclaje podría reducir sustancialmente los desechos, el uso de energía y las emisiones de dióxido de carbono asociadas con la producción.
Durán-Chaves agregó: “La capacidad de reciclar completamente fibras CNT tiene amplias implicaciones para industrias como aeroespacial, automotory electrónica. Esperamos que esto pueda allanar el camino para la creación de compuestos totalmente reciclables en aviones, vehículos, infraestructuras civiles y más, reduciendo en última instancia los impactos ambientales en una amplia gama de sectores.«
Los coautores del estudio incluyen a Oliver Dewey, exalumno graduado de Rice, ahora en DexMat; Steven Williams; Cedric Ginestra, ahora en LyondellBasell; Yingru Track, actualmente becaria postdoctoral en la Universidad Purdue; Juan De La Garza, ex alumno de Rice, ahora en Axiom Area; y Geoff Wehmeyer, profesor asistente de ingeniería mecánica en Rice.
Esta investigación es parte del Carbon Hub, una iniciativa liderada por Rice que apunta a un futuro sin emisiones mediante la coproducción eficiente y sostenible de materiales de carbono avanzados e hidrógeno limpio a partir de hidrocarburos.
El estudio recibió financiación de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada del Departamento de Energía, la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, la Fundación Robert A. Welch, la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Novo Nordisk CO2 Analysis Heart, la beca de posgrado del Instituto Ken Kennedy de Schlumberger y Rice, y la beca Riki Kobayashi del departamento de ingeniería química y biomolecular de Rice.
Investigadores de Rice revelan una investigación sobre el reciclaje de nanotubos de carbono, allanando el camino para materiales sostenibles
Crédito del vídeo: Universidad Rice
Referencia de la revista:
Siqueira, IR, et. Alabama. (2024) Fibras de nanotubos de carbono totalmente reciclables. Carbón. doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119899
