隨著早期安裝的風(fēng)力渦輪機的使用壽命(通常為20-25年)接近尾聲,風(fēng)力渦輪機(WT)的葉片即將退役。眾所周知,WT葉片主要由玻璃纖維或碳纖維增強的環(huán)氧樹脂(GFRP/CFRP)組成,廢環(huán)氧樹脂的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)使其不易變形和溶解,對回收構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。實際上,GFRP的回收利用一度被認為是不可行的。目前估計表明,每年將產(chǎn)生約200萬噸WT葉片,預(yù)計到2050年全球?qū)⒂畜@人的4300萬噸被丟棄,這無疑引發(fā)了嚴重的環(huán)境問題。目前,大規(guī)模處理廢棄WT葉片的主要方法仍然是焚燒和填埋,這兩種方法都會對環(huán)境造成嚴重污染,浪費寶貴資源。與此同時,這些方法被認為是不可持續(xù)的,與循環(huán)經(jīng)濟和碳中和原則相矛盾。因此,迫切需要為風(fēng)力渦輪機(WT)葉片設(shè)計創(chuàng)新和可持續(xù)的回收方法,這與最大限度地減少環(huán)境足跡和提高資源循環(huán)性的雙重目標(biāo)保持一致。
為了緩解可持續(xù)能源基礎(chǔ)設(shè)施中使用的熱固性復(fù)合材料固有的可回收性挑戰(zhàn),特別是針對WT葉片,近年來提出了一系列創(chuàng)新的回收方法。這些方法包括機械回收技術(shù)(如研磨、破碎和粉碎)、化學(xué)過程(如水解、糖酵解和溶劑分解)和熱處理(如熱解、熱分解和流化床工藝)。盡管這些方法具有潛力,但面臨一些局限性,如高基礎(chǔ)設(shè)施進入壁壘,極端操作條件(如極高溫)以及原材的嚴格選擇性,從環(huán)境和經(jīng)濟角度來看,這些方法不太適合大規(guī)模應(yīng)用。特別是,從玻璃纖維增強聚合物中回收玻璃纖維通常被認為效率低下的,因為回收材料的能源需求高,經(jīng)濟價值低。因此,對環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料的環(huán)保和高效回收策略的需求變得越來越迫切。雖然機械回收被認為具有成本效益和可擴展性,但回收的玻璃纖維存在機械性能下降(如強度降低)和物理限制(如纖維尺寸減小)的問題,使其不適合高應(yīng)力結(jié)構(gòu)應(yīng)用。目前,小型WT葉片廢料通常被重新用于低附加值的應(yīng)用,如建筑構(gòu)件、混凝土填料、團狀膜塑料。因此,將機械回收與特定的功能增強相結(jié)合,為WT葉片廢料的再利用提供了一種有前景的策略。這種方法可以使材料回收與市場需求協(xié)調(diào)一致,提供可持續(xù)的回收解決方案。
受大自然的啟發(fā),人造超疏水表面因其在自清潔、防腐、防霜/結(jié)冰、油水分離等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而引起了人們的極大興趣。因此,大量的研究致力于開發(fā)超疏水技術(shù)。盡管取得了顯著的進步,但為了滿足嚴格的工業(yè)要求,開發(fā)具有優(yōu)異的抗刺穿性、機械魯棒性和長壽命的超疏水涂層仍然是一個重大挑戰(zhàn)。
近期,四川大學(xué)楊雙橋團隊、中國石化北京化工研究院利用退役風(fēng)力渦輪機(WT)葉片,成功制備了一種多功能超疏水涂層。
首先,使用自行設(shè)計的固態(tài)剪切銑削(S3M)設(shè)備回收退役的風(fēng)力渦輪機(WT)葉片制備微米和亞微米級的廢玻璃纖維和環(huán)氧粉末(WGE),通過硅烷化和巰基-烯點擊化學(xué)對這些WGE粉末進行有機改性,然后通過兩步噴涂法制得超疏水涂層(EP/S@WGE@Kh)。 該涂層的水接觸角為162.0±1.0°,滾轉(zhuǎn)角為6.0±0.5°,表面自由能低至1.05mN/m。與純環(huán)氧涂層相比,該涂層的凍結(jié)時間延長了5倍,表現(xiàn)出優(yōu)異的防冰性能。此外,該涂層還具有優(yōu)異的自清潔、機械穩(wěn)定性,耐久性和化學(xué)穩(wěn)定性。因此,本研究為退役WT葉片增值回收提供了一種有前景的策略,為進一步研究和實際應(yīng)用提供了重要機會。 超疏水材料設(shè)計示意圖 超疏水材料設(shè)計示意圖。
涂層制備工藝 EP/S@WGE@Kh涂層制備工藝示意圖。 數(shù)據(jù)來源與出處 相關(guān)研究成果以“Upcycling wind turbine blades into durable Super-Hydrophobic coating for High-Efficiency Anti-Icing application”為標(biāo)題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。
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