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如何实现废弃芳纶的循环再利用?
发布时间:2021-04-19   点击次数:84次

芳纶因具有高模量、高强度、耐磨损、绝缘性好、重量轻等特点,被广泛应用于轨道交通、军事、航空等领域,如直升机复合材料结构件,战略导弹发动机壳体,磁悬浮列车、高铁等轨道交通工具的地板、顶棚、行李架等。但生产过程中产生的芳纶废料以及由于零部件老化失去效能的芳纶往往通过填埋、粉碎等方式错误处置,造成宝贵资源的浪费和严重的环境污染。

 

 

芳纶纳米纤维(ANFs)作为近年来开发的一种新型高分子纳米纤维,既保留了芳纶的结构特性与优异的机械性能、热稳定性;同时,其独特的纳米尺度形态又赋予其新的内涵与优异的特性,在纳米复合材料领域引起了极大的关注,但极高的生产成本阻碍了其规模化应用。

 

 

陕西科技大学研究团队从资源节约和降低成本的角度出发,利用现有的废弃芳纶制作高附加值的芳纶纳米纤维,探索了一条高度可行和经济有效的回收利用途径。

芳纶本身耐化学性高,不熔融,除在浓酸溶液中溶解外,溶解能力极差,传统的化学回收和燃烧余热回收技术无法对芳纶废料资源进行回收利用。研究人员报道了一种质子给体辅助脱质子的方法,回收不可再生的芳纶资源,用于制备成本相对较低的高性能ANFs。

首先,用丙酮和去离子水冲洗芳纶废料资源,可去除吸收的杂质和光泽剂,使其呈现出明亮的黄色。然后,以长度为2~20 cm、直径为11~14 μm的各种芳纶废料资源为原料制备ANFs。

 

 

织物或纤维在不同浓度的KOH/DMSO/H2O体系中脱质子处理5 h。在这个过程中,芳纶在剪切力和静电斥力的作用下逐渐离解,沿轴向/径向发生解体,获得直径为10~15 nm、长度为数微米的较小尺度的ANFs,即一种深红色的透明ANFs/DMSO分散物。溶液颜色越深,ANFs的浓度越高。传统去质子化一般需要7天时间,该研究方法大大减少了处理时间。

 

 

从ANFs的纳米结构可以看出,不同的回收纤维形态对制备的ANFs的纳米形貌确有影响。而且,各项力学性能表征表明,ANFs细长而坚硬的纳米结构,以及纳米纤维间大量氢键形成的致密网络结构是其抗拉强度优异的原因。

 

 

回收废弃芳香族资源制备高附加值ANFs的策略替代了使用昂贵原料资源的需求,从而降低了ANFs的制备成本。回收的ANFs与传统回收方法相比,在尺寸均匀性、分散性、成膜性等方面具有显著优势。

相关研究成果以“Recycling of High-Value-Added Aramid Nanofibers from Waste Aramid Resources via a Feasible and Cost-Effective Approach”为题发表在《ACS Nano》上。

 

(来源:纺织导报官微)

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