Các nhà nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS) đã phát triển một phương pháp biến chất thải từ các vật liệu composite nhẹ, bền chắc được sử dụng trong máy bay và các cấu trúc hiệu suất cao khác thành aerogel có thể được sử dụng để cách nhiệt, hấp thụ âm thanh và làm sạch dầu tràn.
Nghiên cứu này do Phó Giáo sư Dương Hải Minh thuộc Khoa Cơ khí, Trường Thiết kế và Kỹ thuật, Đại học Quốc gia Singapore (NUS) dẫn đầu, đã được công bố trên Tạp chí khoa học Quản lý chất thải vào ngày 29/6 vừa qua.
Biến chất thải composite từ máy bay thành aerogel
Vật liệu composite sợi carbon và epoxy được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, năng lượng gió, ô-tô và hàng hải vì chúng nhẹ, bền và chống ăn mòn. Tuy nhiên, thành phần epoxy là một loại polymer nhiệt rắn, sau khi đông đặc thì không thể nấu chảy và định hình lại như một số loại nhựa, khiến cho việc tái chế các vật liệu composite này trở nên khó khăn.
Hầu hết các phương pháp tái chế hiện có tập trung vào việc thu hồi sợi carbon. Nhựa epoxy thường bị phá hủy, loại bỏ hoặc xử lý như một sản phẩm phụ có giá trị thấp hơn. Ngoài ra, một số phương pháp đòi hỏi nhiệt độ cao, hóa chất mạnh hoặc lượng năng lượng lớn.
Nhóm nghiên cứu của Phó Giáo sư Dương Minh Hải đã áp dụng một phương pháp khác bằng cách sử dụng cả sợi carbon và epoxy có trong chất thải. Các nhà nghiên cứu đã xử lý cơ học hỗn hợp này thành bột mịn và các mảnh sợi ngắn, kết hợp với carboxymethyl cellulose, một chất kết dính gốc cellulose, và sấy khô đông lạnh hỗn hợp để tạo thành aerogel.
Trong quá trình sấy đông khô, chất thải hỗn hợp đã qua xử lý tạo thành một cấu trúc nhẹ, xốp, chứa đầy các lỗ nhỏ li ti liên kết với nhau. Phần lớn cấu trúc này là không khí, giúp làm chậm quá trình truyền nhiệt qua vật liệu. Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, các aerogel này có độ dẫn nhiệt thấp, có thể được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt nhẹ.
Phó Giáo sư Dương Minh Hải cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi là chứng minh rằng chất thải composite sợi carbon không nhất thiết chỉ được xem là vấn đề xử lý chất thải. Bằng cách sử dụng toàn bộ vật liệu, bao gồm cả phần sợi và phần epoxy, chúng ta có thể biến dòng chất thải này thành vật liệu chức năng có giá trị cao hơn”.
Phát hiện nhiều công dụng hữu ích từ loại aerogel mới
Ngoài khả năng cách nhiệt, các loại aerogel này còn hấp thụ âm thanh hiệu quả, cho thấy tiềm năng ứng dụng của chúng trong vật liệu cách âm.
Nhóm nghiên cứu cũng đã tìm hiểu về việc sử dụng chúng trong công tác làm sạch môi trường. Sau khi được xử lý để chống thấm nước, các aerogel có khả năng hấp thụ một lượng lớn dầu, cho thấy chúng có thể hữu ích trong việc làm sạch sự cố tràn dầu và tách dầu khỏi nước.
Các thử nghiệm với tế bào nguyên bào sợi cũng cho thấy rằng vật liệu aerogel không độc hại trong điều kiện nghiên cứu, hỗ trợ cho việc tiếp tục nghiên cứu các ứng dụng tiềm năng liên quan con người hoặc môi trường.
Nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm cơ hội hợp tác với các đối tác trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, vật liệu tiên tiến, sản xuất và quản lý chất thải. Trong tương lai, các nhà khoa học nghiên cứu ra vật liệu mới này sẽ tập trung vào việc mở rộng quy mô công nghệ và đánh giá hiệu quả về môi trường và kinh tế để ứng dụng trong công nghiệp.
“Vật liệu composite tiên tiến đã cho phép tạo ra các cấu trúc nhẹ hơn và hiệu quả hơn trong nhiều ngành công nghiệp. Bước tiếp theo là bảo đảm rằng các vật liệu này có thể được quản lý bền vững khi kết thúc vòng đời sử dụng”, Phó Giáo sư Dương cho biết.
