De meeste kerstverlichting, Dvd spelers, televisies en zaklampen hebben één ding gemeen:ze zijn gemaakt met light emitting diodes (LED's). LED's worden veel gebruikt voor een verscheidenheid aan toepassingen en zijn een populaire, efficiënter alternatief voor fluorescentie- en gloeilampen in de afgelopen decennia. Twee onderzoekers van de University of Utah hebben nu een manier gevonden om leds te maken van voedsel- en drankafval. Naast het gebruik van voedsel- en drankafval dat anders zou ontbinden en nutteloos zou zijn, deze ontwikkeling kan ook potentieel schadelijk afval van LED's die over het algemeen zijn gemaakt van giftige elementen, verminderen.

LED's zijn een soort apparaat dat elektriciteit efficiënt in licht kan omzetten. In tegenstelling tot tl- en gloeilampen, die 80% van de verbruikte energie richten op het produceren van warmte, LED's richten 80% van de verbruikte energie op het produceren van licht. Dit wordt mogelijk gemaakt door het feit dat LED's geen gloeidraad nodig hebben om te worden verwarmd, zoals gloeilampen en fluorescentielampen.

LED's kunnen worden geproduceerd door kwantumdots, of kleine kristallen met lichtgevende eigenschappen. Quantum dots (QD's) kunnen met tal van materialen worden gemaakt, waarvan sommige zeldzaam en duur zijn om te synthetiseren, en zelfs potentieel schadelijk om weg te gooien. Sommige onderzoeken van de afgelopen 10 jaar hebben zich gericht op het gebruik van carbon dots (cd's), of gewoon QD's gemaakt van koolstof, om in plaats daarvan LED's te maken.

In vergelijking met andere soorten kwantumdots, CD's hebben een lagere toxiciteit en een betere biocompatibiliteit, wat betekent dat ze kunnen worden gebruikt in een breder scala aan toepassingen.

U Metallurgical Engineering Research Assistant Professor Prashant Sarswat en Professor Michael Free, het afgelopen anderhalf jaar hebben met succes voedselverspilling, zoals weggegooide stukjes tortilla, omgezet in cd's, en vervolgens, LED's.

De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Fysische chemie Chemische fysica , een tijdschrift van de Royal Society of Chemistry.

Van brood tot bol

Om afval te synthetiseren tot cd's, Sarswat en Free gebruikten een solvotherme synthese, of een waarin het afval onder druk en hoge temperatuur in een oplosmiddel werd geplaatst totdat CD's werden gevormd. In dit experiment, de onderzoekers gebruikten frisdrank en stukjes brood en tortilla.

Het voedsel- en drankafval werd elk in een oplosmiddel geplaatst en zowel direct als indirect gedurende 30 tot 90 minuten verwarmd.

Na met succes sporen van cd's uit de synthese te hebben gevonden, Sarswat en Free gingen door met het verlichten van de cd's om hun vorming en kleur te controleren.

Het paar gebruikte ook vier andere tests, Fourier-transformatie infrarood spectroscopie, röntgen foto-elektrische pectroscopie, Raman- en AFM-beeldvorming om de verschillende optische en materiaaleigenschappen van de cd's te bepalen.

"Het synthetiseren en karakteriseren van cd's die zijn afgeleid van afval is een zeer uitdagende taak. We moeten in wezen de grootte bepalen van stippen die slechts 20 nanometer of kleiner in diameter zijn, dus we moeten meerdere tests uitvoeren om er zeker van te zijn dat cd's aanwezig zijn en om te bepalen welke optische eigenschappen ze hebben, ' zei Sarswat.

Ter vergelijking, een mensenhaar is ongeveer 75, 000 nanometer in doorsnee.

De verschillende tests die Sarswat en Free uitvoerden, maten eerst de grootte van de cd's, die correleert met de intensiteit van de kleur en helderheid van de stippen. De tests bepaalden vervolgens welke koolstofbron de beste cd's produceerde. Bijvoorbeeld, sucrose en D-fructose opgelost in frisdrank bleken de meest effectieve bronnen voor de productie van cd's.

Eindelijk, de cd's waren gesuspendeerd in epoxyharsen, verwarmd en gehard om de CD's te laten stollen voor praktisch gebruik in LED's.

Een ecologisch duurzaam alternatief

Momenteel, een van de meest voorkomende bronnen van QD's is cadmiumselenide, een verbinding die bestaat uit twee giftige elementen. De mogelijkheid om QD's te maken in de vorm van cd's van voedsel- en drankafval zou de noodzaak voor giftig afval wegnemen, omdat het eten en drinken zelf niet giftig zijn.

"QD's afgeleid van voedsel- en drankafval zijn niet gebaseerd op veelvoorkomende giftige elementen zoals cadmium en selenium, waardoor de verwerking en verwijdering ervan milieuvriendelijker is dan voor de meeste andere QD's. In aanvulling, het gebruik van voedsel- en drankafval als uitgangsmateriaal voor QD's zorgt voor minder afval en minder kosten om een ​​bruikbaar materiaal te produceren, " zei Vrij.

Behalve dat het giftig is wanneer het wordt afgebroken, cadmiumselenide is ook duur - een website vermeldde een prijs van $ 529 voor 25 ml van de verbinding.

"Met voedsel- en drankverspilling die er al is, ons uitgangsmateriaal is veel goedkoper. In feite, het is in wezen gratis, ' zei Sarswat.

Volgens een rapport van het Amerikaanse ministerie van landbouw, ongeveer 31% van het voedsel dat in 2014 werd geproduceerd, was niet beschikbaar voor menselijke consumptie. Het zou een ecologisch duurzame benadering zijn om dit afval te kunnen gebruiken voor het maken van LED's die op grote schaal worden gebruikt in een aantal technologieën.

Ergens naar uitkijken, Sarswat en Free hopen door te gaan met het bestuderen van de LED's die worden geproduceerd uit voedsel- en drankafval voor stabiliteit en prestaties op lange termijn.

“Het uiteindelijke doel is om dit op grote schaal te doen en deze leds toe te passen in alledaagse apparaten. Om met succes gebruik te maken van afval dat al bestaat, dat is het einddoel, ' zei Sarswat.