フラッシュジュール加熱によりプラスチックをインプラント用のナノマテリアルにリサイクル

2023 年 2 月 17 日 ショーン・フーリー著

フラッシュ ジュール加熱を使用すると、混合廃プラスチックからカーボン ナノチューブとカーボン ナノファイバーを製造できます。この方法は、既存の生産プロセスよりも 90% 効率的です。 ナノチューブの直径は、使用する電力や触媒を変えることで制御できます。 (画像提供：ツアーラボ/ライス大学)

ライス大学の科学者たちは、リサイクルされた廃プラスチックをさまざまな用途に使用できるハイブリッド カーボン ナノマテリアルに変える方法を開発しました。

研究者らは、プラスチック生産量が2050年までに3倍になる一方、世界のプラスチック廃棄物は過去20年間で2倍に増加すると予想している。 経済協力開発機構の話として、ほとんどの廃棄物は最終的には埋め立て地に送られるか、焼却されるか、その他の不適切な管理が行われると彼らは述べた。

ニュースリリースによると、廃棄物のリサイクルされるのはわずか 5% であるという推定もあります。

ライスの大学院生で研究論文の筆頭著者であるケビン・ウィス氏とチームは、この無駄を最大限に活用する新しい方法を見つけた。 『Advanced Materials』誌に掲載されたこの研究は、化学者ジェームス・ツアーの研究室のウィス氏らがフラッシュジュール加熱を利用してプラスチックを貴重なカーボンナノチューブやハイブリッドナノマテリアルに変える方法を実証した。

「グラフェンと市販のカーボン ナノチューブの両方を上回るハイブリッド カーボン ナノ材料を作成することができました」とウィス氏は述べています。

このようなナノ材料は、密度が低く表面積が大きいにもかかわらず、強度と化学的堅牢性を備えています。 導電性と広帯域の電磁吸収能力を組み合わせることで、医療、産業、エレクトロニクス用途での使用が可能になります。

「今回の結果で本当に興味深いのは、端にグラフェンのかけらを付けたカーボン ナノチューブを作ることができたことです」とウィス氏は語った。 「この新しいハイブリッドナノマテリアルの構造は、もやしやキャンディーに似ていると考えることができます。 通常、これらを作るのは非常に困難ですが、廃プラスチックから作ることができたという事実は本当に特別です。」

研究者らによると、このナノ材料の構造により性能が向上しているという。

ウィスは、セーターから糸を引き抜くことにたとえられます。 「真っ直ぐで滑らかな」糸を引っ張ると、簡単に抜けて織りが台無しになる可能性があります。 これらのカーボン ナノチューブでは、端にグラフェンの塊が付着しているため、除去が困難になり、複合材料が強化されます。

「こう考えることもできます。もし破片が入った場合、取り除くのは簡単です。 しかし、釣り針のように先端が曲がっているもので刺された場合、取り除くのは非常に困難です」とウィス氏は説明した。

研究者らは、3,100ケルビン（華氏約5,120度）以上の温度でプラスチックを「フラッシュ」した。 彼らは材料を細かく粉砕し、鉄を加え、導電性を高めるために別の炭素、たとえば木炭を混ぜます。

研究者らによると、フラッシュジュール加熱は既存のプロセスと比較して「かなり」エネルギー効率が高い利点をもたらします。 彼らは、既存のナノチューブ製造方法と比較して、より環境に優しい利点も提供すると述べています。

「プラスチックのリサイクルには、単に新しいプラスチックを製造するよりもコストがかかります」と彼は付け加えた。 「プラスチックをリサイクルする経済的インセンティブはほとんどありません。 そのため、私たちはアップサイクル、つまり価値の低い廃棄物をより金銭的または使用価値の高いものに変えることに目を向けました。 廃プラスチックをより価値のあるものに変えることができれば、人々は廃棄されたプラスチックをどのように扱うかについて責任を持ってお金を稼ぐことができます。」

「現在使用されている市販のカーボンナノチューブ製造方法と比較して、当社の方法では使用するエネルギーが約90％少なく、二酸化炭素の発生量も90％～94％少ない」とウィス氏は語った。