29년 2024월 XNUMX일 (나노 워크 뉴스) 강하고 내구성이 뛰어난 복합소재인 유리섬유강화플라스틱(GFRP)은 항공기 부품부터 풍차 블레이드까지 모든 분야에 널리 사용됩니다. 그러나 매우 다양한 응용 분야에 사용할 수 있을 만큼 견고하게 만드는 바로 그 특성으로 인해 폐기가 어렵습니다. 결과적으로 대부분의 GFRP 폐기물은 수명이 다하면 매립지에 묻힙니다. 에 발표된 연구에 따르면 자연의 지속 가능성 (“폐유리 섬유강화 플라스틱을 탄화규소로 플래시 업사이클링”), 라이스대학교 연구진과 협력자들은 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP)을 반도체, 사포 및 기타 제품에 널리 사용되는 탄화규소로 변환하는 새로운 에너지 효율적인 업사이클링 방법을 개발했습니다. TT 및 WF Chao 교수 겸 교수인 James Tour는 "GFRP는 매우 큰 물건을 만드는 데 사용되며 대부분의 경우 비행기의 날개 구조나 풍력 터빈의 풍차 블레이드 전체를 매립지에 묻게 됩니다."라고 말했습니다. 화학, 재료과학, 나노공학. “GFRP를 이런 식으로 처리하는 것은 지속 불가능합니다. 그리고 지금까지는 이를 재활용할 수 있는 좋은 방법이 없었습니다.”
플래시 줄 가열(Flash Joule Heating)은 적당한 저항의 재료에 전류를 통과시켜 재료를 예외적으로 높은 온도로 빠르게 가열하고 다른 물질로 변환시키는 기술입니다. (사진: 라이스 대학교 Jeff Fitlow) 수명이 다한 차량에 대한 재활용 관행을 개정하고 개선하라는 규제 기관의 압력이 증가함에 따라 GFRP 폐기물을 관리하는 더 나은 방법이 절실히 필요합니다. 일부에서는 GFRP를 제거하기 위해 소각이나 가용매 분해를 사용하는 접근 방식을 개발하려고 시도했지만 박사후 연구원이자 투어 연구실에서 일하는 Rice Academy Junior Fellow인 Yi Cheng은 이러한 프로세스는 자원 집약적이고 효율적이지 않기 때문에 이상적이지 않다고 말했습니다. 환경오염을 초래합니다.
Cheng은 “이 물질은 유리섬유 표면에 플라스틱을 함유하고 있으며 플라스틱을 소각하면 많은 독성 가스가 발생할 수 있다”고 말했습니다. “GFRP를 용해시키려는 시도도 용매에서 많은 산 또는 염기 폐기물을 생성할 수 있기 때문에 문제가 됩니다. 우리는 이 물질을 보다 환경 친화적으로 처리할 수 있는 방법을 찾고 싶었습니다.” Tour의 연구실은 플래시 주울 가열(flash Joule Heating)을 사용하여 새로운 폐기물 처리 및 재활용 응용 분야를 개발하는 것으로 이미 헤드라인을 장식했습니다. 이 기술은 적당한 저항성 재료에 전류를 통과시켜 예외적으로 높은 온도로 빠르게 가열하고 다른 물질로 변환하는 기술입니다. Tour는 국방 고등 연구 계획국(Defense Advanced Research Projects Agency)의 동료들로부터 GFRP 폐기와 관련된 문제를 알았을 때 이러한 종류의 터보 가열이 GFRP를 반도체 및 사포에 널리 사용되는 탄화 규소로 변환할 수 있다고 생각했다고 말했습니다.
"우리는 금속 염화물과 탄소의 혼합물을 플래시 주울 가열로 가열하면 금속 탄화물을 얻을 수 있다는 것을 이미 알고 있었고, 한 번의 시연에서 탄화규소를 만들었습니다."라고 Tour는 말했습니다. "그래서 우리는 그 작업을 활용하여 GFRP를 탄화규소로 변환하는 프로세스를 고안할 수 있었습니다." 이 새로운 공정은 GFRP를 플라스틱과 탄소의 혼합물로 분쇄하고 필요한 경우 더 많은 탄소를 첨가하여 혼합물을 전도성으로 만듭니다. 그런 다음 연구원들은 두 개의 전극을 사용하여 고전압을 적용하여 온도를 섭씨 1,600~2,900도(화씨 2,912~5,252도)까지 높였습니다.
"이러한 높은 온도는 플라스틱과 탄소가 탄화규소로 변환되는 것을 촉진합니다"라고 Tour는 설명했습니다. “우리는 서로 다른 응용 분야에 사용할 수 있는 두 가지 종류의 탄화규소를 만들 수 있습니다. 실제로 이러한 유형의 탄화규소 중 하나는 배터리 양극 재료로서 우수한 용량과 속도 성능을 보여줍니다.” 이 초기 연구는 실험실 벤치 규모의 개념 증명 테스트였지만 Tour와 동료들은 이미 외부 회사와 협력하여 보다 폭넓은 사용을 위해 프로세스를 확장하고 있습니다. GFRP를 업사이클하는 데 드는 운영 비용은 킬로그램당 0.05달러 미만으로 소각이나 가용매 분해보다 훨씬 저렴하고 환경 친화적입니다.
Tour는 이 새로운 플래시 업사이클링 방법을 적절하게 확장하려면 시간과 우수한 엔지니어링이 필요할 것이라고 말했습니다. 그는 자신의 연구실이 GFRP 쓰레기를 탄화규소 보물로 바꾸는 지속 가능한 방법을 개발할 수 있게 되어 매우 기쁘다고 말했습니다.
“이 GFRP는 보통 매립지로 가는 폐기물이지만 이제 인류를 도울 수 있는 사용 가능한 제품으로 바꿀 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다. “이것이 바로 순환 경제를 지원하는 데 필요한 접근 방식입니다.
플래시 줄 가열(Flash Joule Heating)은 적당한 저항의 재료에 전류를 통과시켜 재료를 예외적으로 높은 온도로 빠르게 가열하고 다른 물질로 변환시키는 기술입니다. (사진: 라이스 대학교 Jeff Fitlow) 수명이 다한 차량에 대한 재활용 관행을 개정하고 개선하라는 규제 기관의 압력이 증가함에 따라 GFRP 폐기물을 관리하는 더 나은 방법이 절실히 필요합니다. 일부에서는 GFRP를 제거하기 위해 소각이나 가용매 분해를 사용하는 접근 방식을 개발하려고 시도했지만 박사후 연구원이자 투어 연구실에서 일하는 Rice Academy Junior Fellow인 Yi Cheng은 이러한 프로세스는 자원 집약적이고 효율적이지 않기 때문에 이상적이지 않다고 말했습니다. 환경오염을 초래합니다.
Cheng은 “이 물질은 유리섬유 표면에 플라스틱을 함유하고 있으며 플라스틱을 소각하면 많은 독성 가스가 발생할 수 있다”고 말했습니다. “GFRP를 용해시키려는 시도도 용매에서 많은 산 또는 염기 폐기물을 생성할 수 있기 때문에 문제가 됩니다. 우리는 이 물질을 보다 환경 친화적으로 처리할 수 있는 방법을 찾고 싶었습니다.” Tour의 연구실은 플래시 주울 가열(flash Joule Heating)을 사용하여 새로운 폐기물 처리 및 재활용 응용 분야를 개발하는 것으로 이미 헤드라인을 장식했습니다. 이 기술은 적당한 저항성 재료에 전류를 통과시켜 예외적으로 높은 온도로 빠르게 가열하고 다른 물질로 변환하는 기술입니다. Tour는 국방 고등 연구 계획국(Defense Advanced Research Projects Agency)의 동료들로부터 GFRP 폐기와 관련된 문제를 알았을 때 이러한 종류의 터보 가열이 GFRP를 반도체 및 사포에 널리 사용되는 탄화 규소로 변환할 수 있다고 생각했다고 말했습니다.
"우리는 금속 염화물과 탄소의 혼합물을 플래시 주울 가열로 가열하면 금속 탄화물을 얻을 수 있다는 것을 이미 알고 있었고, 한 번의 시연에서 탄화규소를 만들었습니다."라고 Tour는 말했습니다. "그래서 우리는 그 작업을 활용하여 GFRP를 탄화규소로 변환하는 프로세스를 고안할 수 있었습니다." 이 새로운 공정은 GFRP를 플라스틱과 탄소의 혼합물로 분쇄하고 필요한 경우 더 많은 탄소를 첨가하여 혼합물을 전도성으로 만듭니다. 그런 다음 연구원들은 두 개의 전극을 사용하여 고전압을 적용하여 온도를 섭씨 1,600~2,900도(화씨 2,912~5,252도)까지 높였습니다.
"이러한 높은 온도는 플라스틱과 탄소가 탄화규소로 변환되는 것을 촉진합니다"라고 Tour는 설명했습니다. “우리는 서로 다른 응용 분야에 사용할 수 있는 두 가지 종류의 탄화규소를 만들 수 있습니다. 실제로 이러한 유형의 탄화규소 중 하나는 배터리 양극 재료로서 우수한 용량과 속도 성능을 보여줍니다.” 이 초기 연구는 실험실 벤치 규모의 개념 증명 테스트였지만 Tour와 동료들은 이미 외부 회사와 협력하여 보다 폭넓은 사용을 위해 프로세스를 확장하고 있습니다. GFRP를 업사이클하는 데 드는 운영 비용은 킬로그램당 0.05달러 미만으로 소각이나 가용매 분해보다 훨씬 저렴하고 환경 친화적입니다.
Tour는 이 새로운 플래시 업사이클링 방법을 적절하게 확장하려면 시간과 우수한 엔지니어링이 필요할 것이라고 말했습니다. 그는 자신의 연구실이 GFRP 쓰레기를 탄화규소 보물로 바꾸는 지속 가능한 방법을 개발할 수 있게 되어 매우 기쁘다고 말했습니다.
“이 GFRP는 보통 매립지로 가는 폐기물이지만 이제 인류를 도울 수 있는 사용 가능한 제품으로 바꿀 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다. “이것이 바로 순환 경제를 지원하는 데 필요한 접근 방식입니다.
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- 출처: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=64759.php
