Onderzoekers van de National University of Singapore (NUS) hebben een belangrijke bijdrage geleverd aan het oplossen van het wereldwijde probleem van plastic afval, door een manier te creëren om afval van plastic flessen om te zetten in aerogels voor veel nuttige toepassingen.

Plastic flessen worden meestal gemaakt van polyethyleentereftalaat (PET), wat het meest gerecyclede plastic ter wereld is. De PET-aerogels die zijn ontwikkeld door het door NUS geleide onderzoeksteam dat plastic flesafval gebruikt - een wereldprimeur - zijn zacht, flexibel, duurzaam, extreem licht en gemakkelijk te hanteren. Ze vertonen ook superieure thermische isolatie en een sterk absorptievermogen. Deze eigenschappen maken ze aantrekkelijk voor een breed scala aan toepassingen, zoals voor warmte- en geluidsisolatie in gebouwen, olie morsen reiniging, en ook als lichtgewicht voering voor brandweerjassen en kooldioxide-absorptiemaskers die kunnen worden gebruikt tijdens brandreddingsoperaties en brandvluchten.

Dit baanbrekende werk werd bereikt door een onderzoeksteam onder leiding van universitair hoofddocent Hai Minh Duong en professor Nhan Phan-Thien van de afdeling Werktuigbouwkunde van de NUS-faculteit Ingenieurswetenschappen. De technologie om PET-aerogels te produceren is ontwikkeld in samenwerking met Dr. Xiwen Zhang van het Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech) onder het Agency for Science, Technologie en Onderzoek (A*STAR).

Afval van plastic flessen recyclen

Plastic afval is giftig en niet biologisch afbreekbaar. Dergelijk afval komt vaak in oceanen en op stortplaatsen terecht, het zeeleven aantasten en problemen veroorzaken zoals grondwaterverontreiniging en landschaarste. wereldwijd, het jaarlijkse verbruik van plastic flessen stijgt gestaag, en tegen 2021 zal het naar verwachting meer dan een half biljoen ton per jaar bedragen.

"Afval van plastic flessen is een van de meest voorkomende soorten plastic afval en heeft schadelijke effecten op het milieu. Ons team heeft een eenvoudige, kosteneffectieve en groene methode om afval van plastic flessen om te zetten in PET-aerogels voor vele opwindende toepassingen. Eén plastic fles kan worden gerecycled om een ​​A4-formaat PET-aerogelvel te produceren. De fabricagetechnologie is ook gemakkelijk schaalbaar voor massaproductie. Op deze manier, we kunnen helpen de schadelijke milieuschade door plastic afval te verminderen, " zei Assoc Prof Duong.

Veelzijdige PET-aerogels

Het onderzoeksteam heeft twee jaar (van augustus 2016 tot augustus 2018) nodig gehad om de technologie te ontwikkelen om PET-aerogels te maken. Dit werk is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Colloïden en oppervlakken A in augustus 2018.

"Onze PET-aerogels zijn zeer veelzijdig. We kunnen ze verschillende oppervlaktebehandelingen geven om ze voor verschillende toepassingen aan te passen. wanneer opgenomen met verschillende methylgroepen, de PET-aerogels kunnen zeer snel grote hoeveelheden olie opnemen. Op basis van onze experimenten, ze presteren tot zeven keer beter dan bestaande commerciële sorptiemiddelen, en zijn zeer geschikt voor het reinigen van olievlekken, ", voegde prof. Nhan eraan toe.

Lichtere en veiligere brandweerjassen

Een andere nieuwe toepassing is het benutten van de warmte-isolerende eigenschap van de PET-aerogels voor brandveiligheidstoepassingen.

Bestaande brandweerjassen zijn omvangrijk en worden vaak gebruikt in combinatie met andere ademhalings- en veiligheidsuitrusting. Dit kan een tol eisen van brandweerlieden, vooral tijdens langdurige operaties.

Wanneer gecoat met brandvertragende chemicaliën, de nieuwe lichtgewicht PET-aerogel toont superieure thermische weerstand en stabiliteit. Het is bestand tegen temperaturen tot 620 graden Celsius - dit is zeven keer hoger dan de thermische voering die wordt gebruikt in conventionele brandweerjassen, maar weegt slechts ongeveer 10 procent van het gewicht van conventionele thermische voering. Het zachte en flexibele karakter van de PET-aerogel zorgt ook voor meer comfort.

Prof Nhan legde uit, "Door PET-aerogels te gebruiken die zijn gecoat met brandvertragers als voeringmateriaal, brandweerjassen kunnen veel lichter gemaakt worden, veiliger en goedkoper. Het is ook mogelijk om goedkope hittebestendige jassen te produceren voor persoonlijk gebruik."

2-in-1 masker dat schadelijke kooldioxide en stofdeeltjes absorbeert

Wanneer bekleed met een aminegroep, de PET-aerogel kan snel kooldioxide uit de omgeving opnemen. Het absorptievermogen is vergelijkbaar met materialen die worden gebruikt in gasmaskers, die kostbaar en omvangrijk zijn. Om deze toepassing te illustreren, het team heeft een dunne laag PET-aerogel ingebed in een commercieel fijnstofmasker om een ​​prototypemasker te creëren dat zowel stofdeeltjes als koolstofdioxide effectief kan absorberen.

Prof Nhan zei:"In sterk verstedelijkte landen als Singapore, de koolstofdioxide-absorptiemaskers en hittebestendige jassen gemaakt met PET-aerogels kunnen naast brandblussers in hoge gebouwen worden geplaatst om extra bescherming te bieden aan burgers wanneer ze ontsnappen aan een brand."

"Maskers bekleed met amine-versterkte PET-aerogels kunnen ook gunstig zijn voor mensen die in landen als China wonen, waar luchtvervuiling en koolstofemissie grote zorgen zijn. Dergelijke maskers kunnen gemakkelijk worden geproduceerd, en kan eventueel ook herbruikbaar worden gemaakt, " voegde Assoc Prof Duong toe.

NUS-onderzoekers onderzoeken ook het maken van eenvoudige oppervlaktemodificaties aan de PET-aerogels voor de absorptie van giftige gassen zoals koolmonoxide, wat het dodelijkste bestanddeel van rook is.

In hun eerdere werk het onderzoeksteam had met succes papier- en modeafval omgezet in respectievelijk cellulose en katoenen aerogels. In combinatie met deze nieuwste innovatie, waarbij afval van plastic flessen wordt gerecycled tot aerogels, het NUS-team werd onlangs bekroond met de eerste plaats in de categorie Duurzame Technologieën van de 2018 Create the Future Design Contest door Tech Briefs.