Aquecimento flash joule recicla plástico em nanomateriais para implantes

17 de fevereiro de 2023 Por Sean Whooley

O aquecimento Flash Joule pode ser usado para fabricar nanotubos e nanofibras de carbono a partir de resíduos plásticos mistos, um método que é 90% mais eficiente do que os processos de produção existentes. O diâmetro do nanotubo pode ser controlado alterando a potência ou o catalisador utilizado. (Imagem cortesia do Tour Lab/Rice University)

Cientistas da Rice University desenvolveram uma maneira de transformar resíduos de plástico reciclado em um nanomaterial de carbono híbrido para uma infinidade de usos.

Os investigadores esperam que a produção de plástico triplique até 2050, enquanto os resíduos plásticos a nível mundial duplicaram nos últimos 20 anos. A maior parte dos resíduos acaba em aterros, incinerados ou mal geridos, disseram, citando a Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Económico.

De acordo com um comunicado de imprensa, algumas estimativas sugerem que apenas 5% dos resíduos são reciclados.

O estudante de pós-graduação da Rice e principal autor de um estudo, Kevin Wyss, e uma equipe encontraram uma nova maneira de aproveitar ao máximo esse desperdício. O estudo, publicado na Advanced Materials, demonstrou como Wyss e colegas - no laboratório do químico James Tour - usaram aquecimento flash Joule para transformar plástico em valiosos nanotubos de carbono e nanomateriais híbridos.

“Conseguimos fazer um nanomaterial de carbono híbrido que superou o desempenho do grafeno e dos nanotubos de carbono disponíveis comercialmente”, disse Wyss.

Esses nanomateriais oferecem resistência e robustez química com baixa densidade e muita área superficial. Combinados com capacidades de condutividade e absorção eletromagnética de banda larga, eles oferecem usos em aplicações médicas, industriais e eletrônicas.

“O que foi realmente interessante em nossos resultados desta vez é que conseguimos fazer esses nanotubos de carbono com pedaços de grafeno presos nas extremidades”, disse Wyss. “Você pode pensar na estrutura desse novo nanomaterial híbrido como semelhante a broto de feijão ou pirulito. Normalmente, estes são muito difíceis de fabricar e o facto de termos conseguido fabricá-los a partir de resíduos de plástico é realmente especial.”

Segundo os pesquisadores, a estrutura desse nanomaterial potencializa seu desempenho.

Wyss comparou a puxar um fio de lã de um suéter. Se você puxar um barbante “reto e liso”, ele pode sair facilmente e estragar a trama. Com esses nanotubos de carbono, ter massas de grafeno fixadas nas extremidades torna-os mais difíceis de remover, fortalecendo o compósito.

“Você também pode pensar desta forma: se você pegar uma lasca, é fácil retirá-la. Mas se você for picado por algo que tem uma curva na ponta, como um anzol, é muito mais difícil de retirá-lo”, explicou Wyss.

Os pesquisadores “flasheam” o plástico em temperaturas acima de 3.100 Kelvins (cerca de 5.120 graus Fahrenheit). Eles trituram o material em pequenos pedaços, adicionam ferro e misturam um carbono diferente – carvão, por exemplo – para condutividade.

De acordo com os pesquisadores, o aquecimento flash Joule oferece “consideravelmente” mais benefícios de eficiência energética em comparação com os processos existentes. Eles dizem que também oferece benefícios mais ecológicos em comparação com os métodos existentes de produção de nanotubos.

“Reciclar plástico custa mais do que apenas produzir plástico novo”, acrescentou. “Há muito pouco incentivo económico para reciclar plástico. É por isso que recorremos ao upcycling, ou seja, transformar materiais residuais de baixo valor em algo com maior valor monetário ou de uso. Se pudermos transformar resíduos de plástico em algo mais valioso, então as pessoas poderão ganhar dinheiro sendo responsáveis ​​na forma como lidam com os plásticos descartados.”

“Em comparação com os métodos comerciais de produção de nanotubos de carbono que estão sendo usados ​​atualmente, o nosso usa cerca de 90% menos energia e gera 90%-94% menos dióxido de carbono”, disse Wyss.