اختراق جديد! إعادة التدوير الأخضر لمركبات ألياف الكربون (CFRP)

مقدمة

تُعرف ألياف الكربون باسم "ملك المواد" و "الذهب الأسود" في الصناعة. يستخدم على نطاق واسع في الطيران والفضاء والطاقة والنقل وشفرات طاقة الرياح وجسور البناء والمعدات العسكرية وغيرها من المجالات ، وهو مادة مهمة للدفاع الوطني والإنتاج المدني.

في السنوات الأخيرة ، مع دخول صناعة ألياف الكربون فترة من التطور السريع ، يتزايد تطبيق مركبات ألياف الكربون ، ويتم إنتاج المزيد والمزيد من النفايات في عملية الإنتاج. يشير الخبراء في الصناعة إلى أن جميع جوانب سلسلة صناعة ألياف الكربون تنتج نفايات ، ومعدل الخردة في عملية الإنتاج والتصنيع وحدها يصل إلى 30% إلى 50%. علاوة على ذلك ، يصعب إصلاح CFRP ، وسيتم التخلص من جزء من الضرر.

نظرًا لأن مركبات ألياف الكربون لا يمكن أن تتحلل في ظل الظروف الطبيعية ، فإن كمية كبيرة من الخردة والنفايات لا يمكن طمرها إلا. وبحسب الإحصائيات ، بلغ الاستخدام العالمي لألياف الكربون في عام 2018 وحده 92600 طن ، منها كمية الخردة 30300 طن. لن يتسبب هذا في تلوث البيئة فحسب ، بل سيؤدي أيضًا إلى إهدار كبير للموارد.

تكنولوجيا التحلل وإعادة التدوير CFRP في درجة الحرارة المحيطة

طور فريق البحث تقنية يمكنها ببساطة تحلل CFRP عند درجات حرارة منخفضة. إذا تم نقع CFRP في المحلول ، فيمكن فصل ألياف الكربون عن الراتنج في وقت قصير ، ويمكن إعادة تدوير مادة الراتنج الخام في نفس الوقت.

هذه التكنولوجيا هي تقنية ثورية جديدة لإعادة CFRP التي يصعب معالجتها إلى المواد الخام وإعادة تدويرها كلها. هذه التقنية مستوحاة من هيكل تفاعل الأكسدة والاختزال الذي يحدث في جسم الإنسان.

سبب قوة CFRP هو مزيج من ألياف الكربون والبلاستيك. لا تنكسر ألياف الكربون بسهولة وهي قوية ولكنها تنثني بسهولة. إذا تم ربط ألياف الكربون بالراتنج ، فإنها تصبح مادة ممتازة بخفة وقوة ، مما يحقق مزيجًا قويًا من ألياف الكربون والبلاستيك ذو القوة المذهلة ، ولكن على العكس من ذلك ، فهو أيضًا يمثل عقبة كبيرة أمام إعادة التدوير.

من الصعب جدًا تحلل البلاستيك المتصلد بالحرارة المستخدم في البلاستيك المقوى بألياف الكربون ، بمجرد أن يصبح صلبًا ، ولا يمكن التخلص منه إلا عن طريق الحرق أو الطمر لفترة طويلة. في السابق ، كان هناك استخدام لعامل مركابتوإيثانول ، والذي يمكن أن يدمر رابطة SS داخل CFRP ، لإعادة التدوير ، ولكن العامل شديد السمية وليس آمنًا ولا صديقًا للبيئة.

قام فريق البحث والتطوير بتحويل انتباههم إلى مادة حيوية طبيعية ، والتي تم إذابتها في الماء ثم إضافتها إلى مذيب عضوي ، حيث تم وضع CFRP ، وتم إذابة الراتنج الموجود في CFRP في المرحلة السائلة بعد التقليب لعدة ساعات في درجة حرارة الغرفة.

المبدأ هو أن طبيعة المادة ذات البنية الحيوية تستخدم لإعادة تنظيم رابطة SS في CFRP واستبدال رابطة SS في الراتينج ، ويتم إذابة الراتنج المتحلل في المذيب العضوي.

خاتمة

من المتوقع أن تكون هذه التقنية ، التي يمكنها تحلل CFRP القوي وإعادة استخدامها ببساطة عن طريق إضافة مواد بيولوجية إلى المحلول دون استخدام عوامل ضارة ، هي المفتاح لشعبية CFRP في عصر الحفاظ على الطاقة وحماية البيئة.