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變廢為寶,廢舊塑料用微波照射2分鐘后,化身電池陽極材料
來源: | 作者:pmt01eb03 | 發(fā)布時間: 1729天前 | 1980 次瀏覽 | 分享到:

在我們的周圍到處都能看見大量廢棄的塑料制品,如一次性泡沫塑料飯盒、塑料袋、塑料瓶,它們從自然界而來,由人類制造,最終歸結(jié)于大自然時卻不易被消納,這種“白色污染”目前已成為全球性的環(huán)境難題。

2019年荒野保護(hù)協(xié)會凈灘行動數(shù)據(jù)指出,海洋廢棄物70%都是塑料瓶、吸管與塑膠杯等制品。我國是世界上十大塑料制品生產(chǎn)和消費(fèi)國之一,每年用于白色污染的治理經(jīng)費(fèi)大約1850萬左右。

雖然2007年已頒布“限塑令”,但我國每年丟棄在環(huán)境中的廢舊包裝塑料袋、塑料飯盒、塑料瓶等仍不計其數(shù),不僅影響了市容和自然景觀,產(chǎn)生“視覺污染”,而且因難以降解,對生態(tài)環(huán)境還會造成潛在危害。而且廢舊塑料混入城市垃圾一同焚燒后,會產(chǎn)生有害氣體,污染空氣,損害人體健康。

為防治“白色污染”,各國都著手從政策、技術(shù)、回收等方面進(jìn)行治理,如“限塑令”、以紙代塑、可降解塑料、強(qiáng)制回收等措施。而從節(jié)約資源的角度出發(fā),由于塑料制品主要來源于日益枯竭的石油資源,應(yīng)盡可能回收。那么要如何進(jìn)一步提高塑膠的回收價值,讓人們有動力回收與再利用這些塑膠呢?

近年來,各國科學(xué)家們?yōu)閺U舊塑料的回收再利用做了多種嘗試與努力:將塑料袋、塑膠薄膜的主要成分——聚乙烯塑膠轉(zhuǎn)化成鋰電池的陽極材料;通過新型釩光催化劑,將塑膠轉(zhuǎn)化成甲酸用于氫燃料電池發(fā)電等,這將是一項(xiàng)長期而意義深遠(yuǎn)的工作。

近日,美國普渡大學(xué)的研究人員采用了一種超快微波輻照工藝,將聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)塑膠片轉(zhuǎn)變?yōu)閷Ρ蕉姿岫c,并將其作為電池陽極材料,相關(guān)研究成果已發(fā)表于《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》雜志。

在種類繁多的塑膠中,擁有耐撞、韌性佳、耐水耐油、質(zhì)量輕、容易生產(chǎn)的PET是常見、用量非常之大的塑膠,如塑料瓶、聚酯透明膜、塑膠餐具等,同時它們也是一種回收最多的聚合物。

因此,大家都在努力改進(jìn)這種重要聚合物的回收方法,甚至將之轉(zhuǎn)變成一種截然不同的新材料,包括化學(xué)過濾器、碳纖維、以及用于建筑行業(yè)的混凝土狀物質(zhì)。普渡大學(xué)的研究人員認(rèn)為,或許可以把 PET轉(zhuǎn)換成另一種大有用處的材料——對苯二甲酸二鈉,這種有機(jī)分子具備優(yōu)良的電化學(xué)性能,是鋰電池與鈉電池的潛在陽極材料之一。

當(dāng)前,電池多使用石墨和銅混合而成的材料作為陽極。為改進(jìn)當(dāng)前的電池技術(shù),科學(xué)家們已經(jīng)將目光面向了各種材料,而這種能夠回收的塑料就成了科學(xué)家急切研究的東西。同時,也有科學(xué)家出于環(huán)保目的而開展替代研究。因?qū)Ρ蕉姿岫c具有令人印象深刻的電化學(xué)性能和環(huán)保優(yōu)勢,多年來科學(xué)界一直在研究這種小有機(jī)分子是否能夠替代鋰或鈉電池中的陽極材料。

合成對苯二甲酸二鈉的新方法,就是從將PET還原為薄片開始。據(jù)該研究團(tuán)隊(duì)稱,他們采用的轉(zhuǎn)化方法非常簡單,首先把PET塑膠變薄,再把一片片的PET進(jìn)行微波處理2min,塑膠片就會轉(zhuǎn)化成對苯二甲酸二鈉了;其后,再通過一系列X射線衍射和光譜成像技術(shù),證實(shí)了這種經(jīng)過特殊工藝處理過的材料純度。研究人員指出,微波過程十分快速,在普通的家用微波爐裝置中,可以在短短的120s內(nèi)將PET轉(zhuǎn)變成對苯二甲酸二鈉。

據(jù)了解,由于微波技術(shù)具有反應(yīng)過程快的特點(diǎn),因而在有機(jī)反應(yīng)領(lǐng)域中具有適應(yīng)性,近年來廣受科學(xué)界的關(guān)注。

 

重點(diǎn)是,該技術(shù)所使用的材料成本低、具可持續(xù)性且可回收。這種新型陽極既可用于鋰電池、亦可用于鈉電池的功能部件,研究人員對后者的大規(guī)模應(yīng)用潛力產(chǎn)生了濃厚興趣。因?yàn)榈厍蛏系柠}分(氯化鈉)很豐富,因此鈉基電池有望進(jìn)一步降低儲能的成本,同時可著眼于大型可再生能源存儲解決方案的未來。
       據(jù)悉,目前普渡大學(xué)研究小組既在鋰電池、也在鈉電池上嘗試了該方法,并與印度理工學(xué)院和塔夫茨大學(xué)的研究人員開展合作。他們表示,這種塑料后期的大規(guī)模轉(zhuǎn)化,不僅可以為塑料瓶等“白色污染”回收應(yīng)用開辟新的道路,也可以降低電池成本,可謂是一舉兩得的事情。 

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