Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) внесли значительный вклад в решение глобальной проблемы пластиковых отходов, создав способ преобразования отходов пластиковых бутылок в аэрогели для многих полезных применений.
Пластиковые бутылки обычно изготавливаются из полиэтилентерефталата (ПЭТ), который является наиболее перерабатываемым пластиком в мире. Аэрогели ПЭТ, впервые в мире разработанные исследовательской группой под руководством NUS с использованием отходов пластиковых бутылок, являются мягкими, гибкими, прочными, чрезвычайно легкими и простыми в обращении. Они также демонстрируют превосходную теплоизоляцию и высокую поглощающую способность. Эти свойства делают их привлекательными для широкого спектра применений, таких как тепло- и звукоизоляция зданий, уборка разливов нефти, а также в качестве легкой подкладки для пожарных халатов и масок, поглощающих углекислый газ, которые могут использоваться во время пожарно-спасательных работ и при пожарах. побег.
Эта новаторская работа была выполнена исследовательской группой под руководством доцента Хай Мин Зыонг и профессора Нхан Фан-Тьен с кафедры машиностроения инженерного факультета НУС. Технология производства ПЭТ-аэрогелей была разработана в сотрудничестве с доктором Ксивен Чжаном из Сингапурского института производственных технологий (SIMTech) при Агентстве науки, технологий и исследований (ASTAR).
Переработка отходов пластиковых бутылок
Пластиковые отходы токсичны и не поддаются биологическому разложению. Такие отходы часто попадают в океаны и на свалки, нанося ущерб морской жизни и вызывая такие проблемы, как загрязнение грунтовых вод и нехватка земли. Ежегодное потребление пластиковых бутылок во всем мире неуклонно растет, и ожидается, что к 2021 году оно превысит полтриллиона тонн в год.
Отходы пластиковых бутылок являются одним из наиболее распространенных видов пластиковых отходов и оказывают пагубное воздействие на окружающую среду. Наша команда разработала простой, экономичный и экологичный метод преобразования отходов пластиковых бутылок в ПЭТ-аэрогели для многих Одна пластиковая бутылка может быть переработана для производства ПЭТ-аэрогелевого листа размером A4. Технология изготовления также легко масштабируется для массового производства. Таким образом, мы можем помочь сократить вред, наносимый окружающей среде пластиковыми отходами», - сказал он. Доцент Дуонг.
Универсальные аэрогели для ПЭТ
Исследовательской группе потребовалось два года (с августа 2016 года по август 2018 года), чтобы разработать технологию изготовления ПЭТ-аэрогелей. Эта работа была опубликована в научном журнале Colloids and Surfaces A в августе 2018 года.
Наши ПЭТ-аэрогели очень универсальны. Мы можем дать им различную обработку поверхности, чтобы настроить их для различных применений. Например, при включении различных метильных групп аэрогели ПЭТ могут очень быстро поглощать большое количество масла. Основываясь на наших экспериментах, они работают в семь раз лучше, чем существующие коммерческие сорбенты, и отлично подходят для очистки разливов нефти», - добавил профессор Нхан.
Более легкие и безопасные куртки для пожарных
Еще одно новое применение - использование теплоизоляционных свойств ПЭТ-аэрогелей для обеспечения пожарной безопасности.
Существующие пожарные пальто громоздки, и они часто используются с другим оборудованием для дыхания и безопасности. Это может сказаться на пожарных, особенно во время длительных операций.
При покрытии огнезащитными химическими веществами новый легкий ПЭТ-аэрогель демонстрирует превосходную термостойкость и стабильность. Он может выдерживать температуру до 620 градусов по Цельсию - это в семь раз выше, чем утепляющая подкладка, используемая в обычных пожарных куртках, но весит всего около 10 процентов от веса обычной утепляющей подкладки. Мягкая и гибкая природа ПЭТ-аэрогеля также обеспечивает больший комфорт.
Профессор Нхан объяснил: «Используя в качестве подкладочного материала ПЭТ-аэрогели, покрытые антипиренами, пожарные куртки можно сделать намного легче, безопаснее и дешевле. Также возможно производить недорогие термостойкие куртки. для личного использования."
маска 2-в-1, поглощающая вредный углекислый газ и частицы пыли
Покрытый аминогруппой ПЭТ-аэрогель может быстро поглощать углекислый газ из окружающей среды. Его поглощающая способность сравнима с материалами, используемыми в противогазах, которые дороги и громоздки. Чтобы проиллюстрировать это приложение, команда поместила тонкий слой ПЭТ-аэрогеля в коммерческую маску для мелких частиц, чтобы создать прототип маски, которая может эффективно поглощать как частицы пыли, так и углекислый газ..
Профессор Нхан сказал: «В высокоурбанизированных странах, таких как Сингапур, маски, поглощающие углекислый газ, и термостойкие куртки, изготовленные с использованием ПЭТ-аэрогелей, могут быть размещены рядом с огнетушителями в высотных зданиях, чтобы обеспечить дополнительную защиту гражданских лиц, когда они спастись от пожара."
«Маски с подкладкой из ПЭТ-аэрогелей, армированных амином, также могут принести пользу людям, живущим в таких странах, как Китай, где загрязнение воздуха и выбросы углерода являются серьезной проблемой. Такие маски можно легко производить, а также потенциально их можно использовать повторно. - добавил доцент Дуонг.
Исследователи NUS также изучают возможность простой модификации поверхности аэрогелей ПЭТ для поглощения токсичных газов, таких как угарный газ, который является самым смертоносным компонентом дыма.
В своей более ранней работе исследовательская группа успешно преобразовала бумажные и модные отходы в аэрогели из целлюлозы и хлопка соответственно. В сочетании с этой последней инновацией, связанной с переработкой отходов пластиковых бутылок в аэрогели, команда NUS недавно заняла первое место в категории «Устойчивые технологии» конкурса «Создание дизайна будущего» 2018 года, проведенного Tech Briefs.
Следующие шаги
Исследовательская группа подала патент на свою новую технологию ПЭТ-аэрогелей и продолжит улучшать характеристики ПЭТ-аэрогелей и изучать новые области применения. Исследователи NUS также заинтересованы в сотрудничестве с компаниями, чтобы вывести технологию на рынок.