完全可回收的碳纳米管纤维对各个行业的制造业具有深远的影响

在创建可持续和循环经济的重要一步中，莱斯大学的研究人员在《碳》杂志上发表了一项研究，证明碳纳米管（CNT）纤维可以完全回收，而不会对其结构或性能造成任何损失。这一发现将碳纳米管纤维定位为传统材料的可持续替代品，如金属、聚合物和更大的碳纤维，这些材料众所周知难以回收

“回收利用长期以来一直是材料行业的一个挑战——金属回收往往效率低下且能源密集，聚合物在再加工后往往会失去其性能，碳纤维根本无法回收，只能通过将其切成小块来进行降级循环，”通讯作者、Rice碳中心主任、a.J.Hartsook化学与生物分子工程、材料科学、纳米工程和化学教授Matteo Pasquali说

“随着碳纳米管纤维的规模不断扩大，我们询问这些新材料是否以及如何在未来进行回收，以积极避免其他工程材料大规模使用时出现的废物管理问题。我们预计回收将很困难，并会导致性能的显著损失。令人惊讶的是，我们发现碳纳米管纤维远远超过了现有工程材料的可回收性潜力，为一个重大的环境问题提供了解决方案。”

来源：莱斯大学

研究小组使用了通过将纤维级商用碳纳米管溶解在氯磺酸（一种广泛使用的工业溶剂）中而制成的溶液纺丝碳纳米管纤维。由于报废回收总是将不同公司在不同工艺中制造的材料聚集在一起，因此评估多种材料来源对纤维制造工艺和纤维性能的影响非常重要

由不同制造商生产的不同类型碳纳米管制成的纤维最初被加工成单独的单源原始纤维，然后通过将它们组合并在氯磺酸中混合进行回收。令人惊讶的是，将两种纤维混合后，两种源材料完全再溶解，没有分离成不同液相的迹象。这种再溶解的材料被纺成混合源再生纤维，保留了原始纤维的相同结构和排列

“通过使用两种不同来源的碳纳米管，我们确保了我们的回收过程能够代表现实生活中的条件，”化学研究生、共同第一作者Michelle Durán-Chaves说。“值得注意的是，回收的纤维表现出了同等的机械强度、导电性、导热性和排列性，这在工程材料领域是前所未有的。”Rice的研究人员公布了碳纳米管回收的“惊人”突破，为可持续材料铺平了道路。图片来源：布兰登·马丁/莱斯大学

该研究揭示了几个重要发现，将碳纳米管纤维定位为可持续实践之旅中一种有前景的材料。其中最重要的是CNT纤维的完全可回收性。与传统材料不同，特别是在回收过程中质量会下降的聚合物和碳纤维，CNT纤维在回收后保留了100%的原始性能

与超过100000名依赖Phys.org获取日常见解的订阅者一起探索科学、技术和太空的最新进展。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展

“这种质量保护意味着CNT纤维可以在要求苛刻的应用中使用和重复使用，而不会影响性能，从而延长其生命周期并减少对新原材料的需求，”共同第一作者Ivan R.Siqueira说，他是Rice化学和生物分子工程系的博士生，现在是里约热内卢Pontifícia University Católica的机械工程副教授

同样重要的是回收过程的效率。研究人员证明，碳纳米管纤维回收比金属和聚合物的传统回收方法更有效，传统回收方法通常涉及高能耗、危险化学品或劳动密集型分拣

然而，CNT纤维可以回收而无需分类，因为来自各种来源的纤维可以组合在一起生产高质量的回收材料。一旦这些材料达到规模，这种简单的回收过程将大大减少与材料制造相关的废物、能源消耗和二氧化碳排放。Durán-Chaves说：“完全回收碳纳米管纤维的能力对航空航天、汽车和电子等行业具有广泛的影响。”。“我们希望这能为飞机、车辆、民用基础设施等完全可回收的复合材料铺平道路，最终减少对各行各业的环境影响。”

该论文的其他合著者包括Rice研究生校友Oliver Dewey，现任DexMat；史蒂文·威廉姆斯；塞德里克·吉内斯特拉，现为利安德巴塞尔公司；宋英如，现任普渡大学博士后；Rice本科校友Juan De La Garza，现就职于Axiom Space；以及机械工程助理教授Geoff Wehmeyer