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《日本东京大学等研究团队首次开发可重复使用的新型固体催化剂，用于纤维复合材料回收》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2025-02-13

  • 转自全球技术地图

    据PHYS.ORG 2月6日消息，包括日本东京大学在内的研究团队首次发开纤维复合材料回收新方法，利用新型固体催化剂高效回收环氧产品中的材料以供再利用。传统方法分解纤维复合材料需要超过500℃的高温，或强酸或强碱条件，该方法耗能较高且可能破坏纤维。研究人员开发了一种易于回收和重复使用的新型固体催化剂，称为双金属催化剂，其将镍和钯负载在二氧化铈上，共同介导环氧树脂和氢气之间的反应。可以将环氧化合物分解为碳纤维、玻璃纤维和酚类化合物。相关研究成果发表在《Nature Communications》期刊。

  • 原文来源：https://phys.org/news/2025-02-recycling-unrecyclable-method-reclaims-materials.html
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  • 《新方法成功将碳纤维复合材料回收为可重复使用的材料》
    • 来源专题：工程机械与高端装备
    • 编译者：赵卫华
    • 发布时间：2024-11-27
    • 南加州大学的研究人员开发了一种新工艺，可升级回收汽车面板和轻轨车辆中出现的复合材料，解决当前交通和能源领域的环境挑战。该研究最近发表在《美国化学会杂志》上。 南加州大学多恩西夫文学、艺术与科学学院的化学教授特拉维斯·威廉姆斯（Travis Williams）说，“我不确定是否有可能完全回收复合材料”。“虽然这些材料在制造节能汽车方面非常出色，但复合材料的问题在于我们没有切实可行的回收途径，因此这些材料最终都被填埋了”。 该研究中展示的化学反应是Williams与南加州大学维特比工程学院MCGill 复合材料中心的Steven Nutt教授、南加州大学Alfred E. Mann药学和制药科学学院的Clay CC Wang教授以及美国加州大学伯克利分校的Berl Oakley合作进行的。堪萨斯大学的一种新方法表明，复合材料可以以保持材料完整性的方式回收和再循环。 日常材料 碳纤维是由碳原子构成的细纤维；它们非常轻，但具有非常高的拉伸强度和刚度，非常适合制造。聚合物基体是一种类似塑料的刚性材料（例如环氧树脂、聚酯或乙烯基树脂），充当粘合剂；聚合物将碳纤维固定在一起并赋予复合材料形状。 CFRP，即碳纤维增强聚合物，是一种结合了碳纤维和聚合物成分的复合材料。威廉姆斯说：“这项研究展示了第一个成功的方法，可以从碳纤维和CFRP 材料的聚合物基体中回收高价值。” Williams说，“如果你环顾世界，你会发现碳纤维复合材料无处不在”“它们在我的自行车、我的汽车和我邻居的假肢里。”复合材料是大规模制造中最常用的材料之一。汽车和飞机的结构板以及许多其他部件越来越多地使用碳纤维增强塑料制造。 “碳纤维增强塑料面临的挑战是你无法熔化它们或重新粘合它们，这使得它们在使用寿命结束时难以分离和回收，”Williams说。事实上，适用于约1%复合材料废物的唯一可用回收方法是烧掉聚合物基体。 南加州大学维特比分校的化学工程教授Nutt对这一策略表示反对，他说：“基质是一种我们不想牺牲的工程材料。” 可持续方法 预测表明，到2030年，6,000-8,000架含有复合材料的商用飞机将达到使用寿命，到2050年，退役的风力涡轮机将产生 483,000 吨复合材料废物。威廉姆斯表示，他的实验室的升级回收方法为日益严重的废物问题提供了可持续的解决方案：“我们的方法有潜力在回收和化学制造领域创造新的价值链，同时显着减少复合材料对环境的影响。” 升级回收方法节省了CFRP的碳纤维，这是该材料坚固耐用的部分。这些纤维保持良好状态，团队展示了如何在新制造中重复使用它们，保持超过97%的原始强度。该方法是第一个成功地从碳纤维复合材料的基体和碳纤维部分中获得价值的方法，将废物转化为有用的产品并减少环境危害。 真菌溶液 生物技术对于从废弃的聚合物基质中回收价值至关重要。研究人员还引入了一种特殊类型的真菌，称为构巢曲霉，它首先是在堪萨斯大学贝尔奥克利实验室设计的。南加州大学研究小组发现，在纤维回收反应将聚合物切碎成苯甲酸后，这种真菌可以从复合基质中重建材料，然后将苯甲酸用作真菌的食物来源，以生产一种称为OTA的化学物质（（2Z,4Z,6E）-八-2,4,6-三烯酸）使用这种真菌的工程菌株。 “OTA可用于制造具有潜在医疗应用的产品，例如抗生素或抗炎药，”南加州大学曼恩教授兼药理学和药物科学系主任、联合研究员王说。“这一发现很重要，因为它展示了一种新的、更有效的方法，可以将以前被认为是废弃的材料变成可用于医学的有价值的东西。” 这种升级回收方法不仅展示了利用真菌对废料进行生物催化升级的潜力，而且还突出了一种通过将纤维和基体成分回收为高价值产品来回收复合材料的新方法。 Williams说：“随着对碳纤维增强塑料的需求持续增长，这一突破出现在关键时刻。”“预计未来几十年CFRP废物将显着增加，这一概念为可持续材料管理提供了一个有前景的解决方案。”
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  • 《构建新型催化剂“纳米片”双功能材料》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2022-03-01
    • 华北电力大学环境科学与工程学院教授汪黎东团队构建了一种新型催化剂——二维钴氮掺杂碳（2D Co–N–C）纳米片，该纳米片体现出双功能，可在湿法脱硫中使硫资源实现高效回收，并使脱硫过程中吸附的汞离子（Hg2+）受到限制。相关成果2月24日在线发表在《环境科学与技术》上。 在许多大型燃煤电站的烟气处理中，都用到了湿法脱硫技术。但硫酸盐回收的大量能源损失，会限制湿法脱硫的效率，并增加了HgO再排放的风险。 湿法脱硫中的催化剂一般采用钴基材料。虽然钴基材料可提高亚硫酸盐的氧化速率，进而可以提高能源效率，但前提是必须解决由于反应物竞争导致的催化剂失活和中毒问题。 在研究中，汪黎东团队开发了一种超湿润的新型催化剂——二维钴氮掺杂碳（2D Co–N–C）纳米片，其具有有限的催化/吸附位点，可用于高效节能的亚硫酸盐氧化和汞离子吸附。 该纳米片所设计的结构表现出增强的表面极性、可用性和较短的反应物扩散路径，从而使显著的催化转化频率（TOF）值达到0.085/s，同时汞去除能力达到143.26 mg/g。催化剂纳米片具有再生稳定性，以提高成本效率。 研究指出，通过部署Co–N–C催化剂，可以显著降低高达69%的热损失，这使得这种硫资源回收催化途径在实际工业场景中经济可行。
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