Naukowcy z University of Adelaide opracowali technologię przetwarzania zużytych, polimerowych (potocznie plastikowych) toreb na wysokiej jakości nanomateriały. Trudno rozkładalne torby spożywcze, które na co dzień używamy do noszenia zakupów posłużą jako budulec membran z nanorurek węglowych.
Torby foliowe, popularnie nazywane “jednorazówkami” oraz “reklamówkami” wytwarzane są w szczególności z polietylenu zawierającego w swoim składzie m.in. atomy węgla. Większość tworzyw sztucznych syntezowana jest ze źródeł nieodnawialnych – ropy naftowej, gazu ziemnego czy węgla. Ich zaletami są niska cena, mały ciężar, obojętność na rozcieńczalniki, odporność na biodegradację i rozkład mikrobiologiczny. Ostatnie cechy powodują, że opakowania z tworzyw sztucznych bez dodatków rozkładają się w środowisku naturalnym setki lat. Naukowcy z Australii wynaleźli nowe zastosowanie i sposób recyklingu zużytych toreb. Wykorzystali polimerowe siatki jako źródło węgla do wytworzenia zaawansowanych struktur nanorurek węglowych. Zorganizowane w membranę zespoły nanorurek mogą znaleźć potencjalne zastosowanie w zaawansowanej filtracji molekuł, magazynowaniu energii, przy budowie czujników oraz urządzeń biomedycznych.
Nanorurki węglowe (z ang. carbon nanotubes, CNT) to zwinięte w walec dwuwymiarowe arkusze węgla – grafenu. Najcieńsze nanorurki węglowe mają średnicę rzędu jednego nanometra, a ich długość może być wielokrotnie większa. Wykazują niezwykłą wytrzymałość na rozciąganie, unikalne własności elektryczne, są również znakomitymi przewodnikami ciepła. Ich wyjątkowe właściwości mechaniczne, elektryczne, cieplne i transportowe sprawiają, że są to obiecujące materiały do zastosowań w elektronice, nanotechnologii i badaniach.
Inżynierowie z Nanotech Research Group osadzili struktury nanorurek węglowych na warstwie tlenku glinu (Al2O3). Jako źródło węgla posłużyły jednorazówki z lokalnego australijskiego sklepu wyprodukowane z polietylenu o niskiej gęstości (z ang. linear low-density polyethylene, LLDPE). Podłoże z czystego glinu zostało wytrawione w celu usunięcia zanieczyszczeń, a następnie pokryte tlenkiem glinu w procesach anodowania. Kolejnym krokiem było potraktowanie powierzchni roztworem kwasu fosforowego – H3PO4 w celu utworzenia porów. Mini otwory na wierzchniej warstwie (z ang. nanoporous anodic alumina membranes, NAAMs) posłużyły jako szablony, wewnątrz których powstały nanorurki. Kawałki plastikowych worków spożywczych zostały odparowane w piecu w procesie pirolizy. Osadzenie atomów węgla w porach odbywało się w procesie CVD (z ang. chemical vapour deposition), a najlepsze warunki osiągnięto w temperaturze 850°C w czasie nie przekraczającym 30 minut. Pierwotnie źródłem węgla do produkcji nanorurek był etanol, ale badacze doszli do wniosku, że każde źródło zawierające atomy węgla może być użyteczne.
Mnogość zastosowań nanorurek węglowych sprawia, że są one pożądanym produktem na rynku. Obecne metody syntezy są bardzo złożone, a wydajność produkcji to zaledwie kilka gram dziennie. Nowa, prosta metoda pozwala na tanie wytwarzanie dużej ilości nanorurek o wysokiej jakości. Heksagonalne nanopory pozwalają kontrolować ich wymiary i kształt. Nie bez znaczenia pozostaje fakt, że proces przebiega bez udziału katalizatora i rozpuszczalnika. Oznacza to, że ze zużytych toreb nie powstają trujące substancje.
Źródło:
[1] Synthesis of well-organised carbon nanotube membranes from non-degradable plastic bags with tuneable molecular transport: Towards nanotechnological recycling. Tariq Altalhia, Tushar Kumeriaa, Abel Santosa, Dusan Losica. Carbon, Volume 63, November 2013, Pages 423–433
[2] http://www.researchgate.net/publication/247158563_Synthesis_of_well-organised
_carbon_nanotube_membranes_from_non-degradable_plastic_bags_with_
tuneable_molecular_transport_Towards_nanotechnological_recycling
/file/9c960520ac23841235.pdf | 02.12.2013
[3] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622313006246 | 02.12.2013
[4] Bath … plastic bag selection. by BazzaDaRambler, flickr.com, CC BY 2.0