El calentamiento flash joule recicla el plástico en nanomaterial para implantes

17 de febrero de 2023 Por Sean Whooley

El calentamiento Flash Joule se puede utilizar para fabricar nanotubos y nanofibras de carbono a partir de residuos plásticos mixtos, un método que es un 90 % más eficiente que los procesos de producción existentes. El diámetro de los nanotubos se puede controlar cambiando la potencia o el catalizador utilizado. (Imagen cortesía de Tour lab/Universidad de Rice)

Los científicos de la Universidad Rice desarrollaron una forma de convertir residuos de plástico reciclado en un nanomaterial de carbono híbrido para multitud de usos.

Los investigadores esperan que la producción de plástico se triplique para 2050, mientras que los desechos plásticos a nivel mundial se duplicaron en los últimos 20 años. La mayoría de los desechos terminan en vertederos, incinerados o mal gestionados, dijeron, citando a la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos.

Según un comunicado de prensa, algunas estimaciones sugieren que sólo el 5% de los residuos se recicla.

Kevin Wyss, estudiante de posgrado de Rice y autor principal de un estudio, y un equipo encontraron una nueva forma de aprovechar al máximo estos desechos. El estudio, publicado en Advanced Materials, demostró cómo Wyss y sus colegas, en el laboratorio del químico James Tour, utilizaron calentamiento flash Joule para convertir el plástico en valiosos nanotubos de carbono y nanomateriales híbridos.

"Pudimos fabricar un nanomaterial de carbono híbrido que superó tanto al grafeno como a los nanotubos de carbono disponibles comercialmente", dijo Wyss.

Estos nanomateriales ofrecen resistencia y robustez química con baja densidad y mucha superficie. Combinados con capacidades de conductividad y absorción electromagnética de banda ancha, ofrecen usos en aplicaciones médicas, industriales y electrónicas.

"Lo realmente interesante de nuestros resultados esta vez es que pudimos fabricar estos nanotubos de carbono con trozos de grafeno adheridos a los extremos", dijo Wyss. “Se puede pensar que la estructura de este nuevo nanomaterial híbrido es similar a los brotes de soja o las piruletas. Normalmente son muy difíciles de fabricar y el hecho de que hayamos podido fabricarlos a partir de residuos de plástico es realmente especial”.

Según los investigadores, la estructura de este nanomaterial mejora su rendimiento.

Wyss lo comparó con sacar un hilo de hilo de un suéter. Si tiras de un hilo “recto y suave”, puede salirse con bastante facilidad y arruinar el tejido. Con estos nanotubos de carbono, tener masas de grafeno adheridas en los extremos hace que sea más difícil eliminarlos, fortaleciendo el compuesto.

“También puedes verlo de esta manera: si te sale una astilla, es fácil de sacar. Pero si te pinchan con algo que tiene una curva en el extremo, como un anzuelo de pesca, es mucho más difícil de sacar”, explicó Wyss.

Los investigadores "explotan" el plástico a temperaturas superiores a 3.100 kelvin (aproximadamente 5.120 grados Fahrenheit). Muelen el material en trozos pequeños, le añaden hierro y lo mezclan con un carbono diferente (carbón vegetal, por ejemplo) para obtener conductividad.

Según los investigadores, el calentamiento flash Joule ofrece beneficios de eficiencia energética "considerablemente" mayores en comparación con los procesos existentes. Dicen que también proporciona beneficios más respetuosos con el medio ambiente en comparación con los métodos de producción de nanotubos existentes.

"Reciclar plástico cuesta más que simplemente producir plástico nuevo", añadió. “Hay muy pocos incentivos económicos para reciclar plástico. Por eso recurrimos al reciclaje, o a convertir materiales de desecho de bajo valor en algo con un mayor valor monetario o de uso. Si podemos convertir los residuos de plástico en algo más valioso, entonces la gente podrá ganar dinero siendo responsable en la forma en que manejan los plásticos desechados”.

"En comparación con los métodos comerciales para la producción de nanotubos de carbono que se utilizan actualmente, el nuestro utiliza aproximadamente un 90% menos de energía y genera entre un 90% y un 94% menos de dióxido de carbono", dijo Wyss.