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‘플래시 줄(Flash Joule)’ 기술은 잠재적인 오염 물질을 가치 있는 나노 물질로 효율적으로 전환합니다.
탄산음료 병이나 테이크아웃 용기를 재활용 쓰레기통에 넣는다고 해서 그것이 새로운 것으로 바뀔 것이라는 보장은 전혀 없습니다. 라이스 대학교의 과학자들은 이 과정을 수익성 있게 만들어 이 문제를 해결하려고 노력하고 있습니다.
경제 협력 개발 기구(OECD)에 따르면 전 세계적으로 생산된 플라스틱 폐기물의 양은 지난 20년 동안 두 배로 증가했으며 플라스틱 생산은 2050년까지 세 배로 증가할 것으로 예상되며 대부분은 매립되거나 소각되거나 잘못 관리되고 있습니다. 일부 추정에 따르면 실제로 재활용되는 비율은 5%에 불과합니다.
라이스 대학교 대학원생인 Kevin Wyss는 “폐플라스틱은 플라스틱을 세척, 분류, 녹여 공장에서 사용할 수 있는 재료로 바꾸는 데 많은 비용이 들기 때문에 거의 재활용되지 않습니다.”라고 말했습니다. Advanced Materials에 발표된 연구의 주 저자는 화학자 James Tour의 연구실에 있는 그와 동료들이 플라스틱을 귀중한 탄소 나노튜브와 하이브리드 나노물질로 전환하기 위해 플래시 주울 가열 기술을 사용하는 방법을 설명합니다.
Wyss는 “우리는 그래핀과 상업적으로 이용 가능한 탄소 나노튜브를 모두 능가하는 하이브리드 탄소 나노물질을 만들 수 있었습니다.”라고 말했습니다.
그래핀, 탄소 나노튜브 및 기타 탄소 기반 나노 물질은 일반적으로 강하고 화학적으로 견고하며 밀도가 낮고 표면적이 넓으며 전도성 및 광대역 전자기 흡수 능력을 가지고 있습니다. 따라서 복합재, 코팅, 센서, 전기화학적 에너지 저장 등과 같은 다양한 산업, 의료 및 전자 응용 분야에 유용합니다.
Wyss는 “이번 결과에서 정말 흥미로운 점은 끝에 부착된 그래핀 조각으로 이러한 탄소 나노튜브를 만들 수 있었다는 것입니다.”라고 말했습니다. “이 새로운 하이브리드 나노소재의 구조는 콩나물이나 막대사탕과 비슷하다고 생각하시면 됩니다. 이것들은 일반적으로 만들기가 정말 어렵고 폐 플라스틱으로 만들 수 있었다는 사실이 정말 특별합니다.”
새로운 하이브리드 탄소나노소재의 구조는 향상된 성능을 담당합니다.
Wyss는 “스웨터에서 실을 뽑으려고 한다고 가정해 봅시다. “끈이 똑바르고 매끄러우면 때때로 아주 쉽게 빠져서 직조를 망칠 수 있습니다. 탄소 나노튜브도 마찬가지입니다. 이러한 그래핀 덩어리를 끝에 부착하면 제거하기가 훨씬 어려워져 합성물이 강화됩니다.
“이렇게도 생각할 수 있습니다. 가시가 생기면 빼기 쉽습니다. 하지만 낚싯바늘처럼 끝이 구부러진 물건에 찔리면 빼기가 훨씬 어렵다”고 덧붙였다.
기존 재활용에서와 같이 분류하거나 세척할 필요가 없는 플라스틱은 3,100켈빈(화씨 약 5,120도) 이상의 온도에서 “플래시”됩니다. Wyss는 “우리가 하는 일은 재료를 작은 색종이 조각 크기로 갈아서 약간의 철을 추가하고 전도성을 위해 소량의 다른 탄소(예: 목탄)를 혼합하는 것입니다.”라고 말했습니다.
“플라스틱을 재활용하는 것은 새로운 플라스틱을 생산하는 것보다 더 많은 비용이 듭니다.”라고 그는 덧붙였습니다. “플라스틱을 재활용할 경제적 인센티브가 거의 없습니다. 그래서 우리는 업사이클링, 즉 가치가 낮은 폐기물을 더 높은 금전적 또는 사용 가치를 가진 것으로 바꾸는 것입니다. 우리가 폐플라스틱을 더 가치 있는 것으로 바꿀 수 있다면 사람들은 폐플라스틱을 어떻게 처리하는지에 대해 책임감을 갖고 돈을 벌 수 있습니다.”
생산 공정의 수명 주기 분석 결과 플래시 주울 가열이 기존 나노튜브 생산 공정보다 훨씬 더 에너지 효율적이고 환경 친화적인 것으로 나타났습니다.
Wyss는 “현재 사용되고 있는 탄소 나노튜브 생산을 위한 상업적 방법과 비교할 때 우리의 방법은 약 90% 적은 에너지를 사용하고 90%-94% 적은 이산화탄소를 생성합니다.”라고 말했습니다.
원본 기사: 이익 가능성은 Rice 연구소의 플라스틱 폐기물 프로젝트를 약속합니다.
더 보기: 라이스 대학교
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