Fibras de nanotubos de carbono totalmente recicláveis ​​têm implicações de longo alcance para a produção em todos os setores

Num passo significativo rumo à criação de uma economia sustentável e round, os investigadores da Rice College publicado um estudo na revista Carbono demonstrando que as fibras de nanotubos de carbono (CNT) podem ser totalmente recicladas sem qualquer perda em sua estrutura ou propriedades. Esta descoberta posiciona as fibras CNT como uma alternativa sustentável aos materiais tradicionais como metais, polímeros e fibras de carbono muito maiores, que são notoriamente difíceis de reciclar.

“A reciclagem tem sido um desafio na indústria de materiais – a reciclagem de metais é muitas vezes ineficiente e consome muita energia, os polímeros tendem a perder suas propriedades após o reprocessamento e as fibras de carbono não podem ser recicladas, apenas recicladas, cortando-as em pedaços curtos.” disse o autor correspondente Matteo Pasquali, diretor do Rice’s Carbon Hub e professor AJ Hartsook de Engenharia Química e Biomolecular, Ciência de Materiais e NanoEngenharia e Química.

“À medida que as fibras CNT estão sendo ampliadoperguntamos se e como esses novos materiais poderiam ser reciclados no futuro, de modo a evitar proativamente os problemas de gestão de resíduos que surgiram à medida que outros materiais de engenharia alcançavam uso em larga escala. Esperávamos que a reciclagem seria difícil e levaria a perdas significativas de propriedades. Surpreendentemente, descobrimos que nanotubo de carbono as fibras excedem em muito o potencial de reciclabilidade dos materiais de engenharia existentes, oferecendo uma solução para um importante problema ambiental.”

A equipe de pesquisa usou fibras CNT fiadas em solução criadas pela dissolução de CNTs comerciais de fibra em ácido clorossulfônico, um solvente industrial amplamente utilizado. Como a reciclagem de fim de vida invariavelmente reúne materiais que foram fabricados por diferentes empresas em diferentes processos, period importante avaliar o efeito de múltiplas fontes de materiais no processo de fabricação da fibra e nas propriedades da fibra.

As fibras feitas de diferentes tipos de CNT produzidos por diferentes fabricantes foram inicialmente processadas em fibras virgens separadas de fonte única, depois recicladas combinando-as e misturando-as em ácido clorossulfônico. Surpreendentemente, a mistura das duas fibras levou à redissolução completa e a nenhum sinal de separação dos dois materiais de origem em diferentes fases líquidas. Este materials redissolvido foi fiado em uma fibra reciclada de origem mista que manteve a mesma estrutura e alinhamento da fibra virgem.

“Ao usar duas fontes diferentes de nanotubos de carbono, garantimos que nosso processo de reciclagem period representativo das condições da vida actual”, disse a coautora Michelle Durán-Chaves, estudante de pós-graduação em química. “Notavelmente, as fibras recicladas demonstraram resistência mecânica, condutividade elétrica, condutividade térmica e alinhamento equivalentes, o que é sem precedentes no campo de materiais de engenharia.”

A pesquisa revelou várias descobertas significativas que posicionam as fibras CNT como um materials promissor na jornada em direção práticas sustentáveis. O principal deles é a complete reciclabilidade das fibras CNT. Ao contrário dos materiais tradicionais, particularmente polímeros e fibras de carbono que degradam em qualidade durante a reciclagem, as fibras CNT retêm 100% de suas propriedades originais após serem recicladas.

“Essa preservação da qualidade significa que as fibras CNT podem ser usadas e reutilizadas em aplicações exigentes sem comprometer o desempenho, estendendo assim seu ciclo de vida e reduzindo a necessidade de novas matérias-primas”, disse o coautor Ivan R. Siqueira, recém-doutorado em Rice’s Departamento de Engenharia Química e Biomolecular e hoje professor associado de engenharia mecânica da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

Igualmente significativa é a eficiência do processo de reciclagem. Os pesquisadores demonstraram que a reciclagem de fibras CNT é notavelmente mais eficiente do que os métodos tradicionais de reciclagem de metais e polímeros, que muitas vezes envolvem alto uso de energia, produtos químicos perigosos ou triagem trabalhosa.

As fibras CNT, no entanto, podem ser recicladas sem triagem, pois fibras de diversas fontes podem ser combinadas para produzir materiais reciclados de alta qualidade. Quando estes materiais atingirem escala, este processo simples de reciclagem reduzirá significativamente o desperdício, o consumo de energia e as emissões de dióxido de carbono associadas à fabricação de materiais.

“A capacidade de reciclar totalmente as fibras CNT tem amplas implicações para indústrias como aeroespacial, automotiva e eletrônica”, disse Durán-Chaves. “Esperamos que isto possa abrir caminho para compósitos totalmente recicláveis ​​em aeronaves, veículos, infraestruturas civis e muito mais, reduzindo, em última análise, os impactos ambientais numa vasta gama de setores”.

Outros coautores do artigo incluem Oliver Dewey, ex-aluno da Rice, agora na DexMat; Steven Williams; Cedric Ginestra, agora do LyondellBasell; Yingru Track, agora pós-doutorado na Purdue College; O ex-aluno de graduação da Rice, Juan De La Garza, agora da Axiom Area; e Geoff Wehmeyer, professor assistente de engenharia mecânica.