Помещение этой бутылки из-под газировки или контейнера для еды на вынос в мусорное ведро далеко не гарантирует, что она превратится во что-то новое. Ученые Университета Райса пытаются решить эту проблему, сделав процесс прибыльным.

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% отходов.

«Отходы пластика редко перерабатываются, потому что мытье, сортировка и переплавка пластика, чтобы превратить его в материал, который можно использовать на фабрике, стоит больших денег», — сказал Кевин Висс, аспирант Райса. ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Advanced Materials , в котором 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», — сказал Висс.

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 было действительно интересно в наших результатах на этот раз, так это то, что мы смогли сделать эти углеродные нанотрубки с кусочками графена, прикрепленными к концам», — сказал Висс. «Вы можете думать о структуре этого нового гибридного наноматериала, как о ростках фасоли или леденцах. Обычно их очень трудно 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», — сказал Висс. «Если струна прямая и гладкая, иногда она может довольно легко выйти и разрушить плетение. То же самое и с углеродными нанотрубками: прикрепленные к концам массы графена значительно затрудняют их удаление, тем самым укрепляя композит.

«Вы также можете думать об этом так: если вы получили занозу, ее легко вытащить » добавил он.

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», — сказал Висс.

«Переработка пластика стоит больше, чем просто производство нового пластика», — добавил 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 . не несут ответственности 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», — сказал Висс.

Тур, соавтор исследования, является профессором химии TT и WF Chao, а также профессором материаловедения и наноинженерии в Инженерной школе Джорджа Р. Брауна Райс.