隨著早期安裝的風力渦輪機的使用壽命(通常為20-25年)接近尾聲,風力渦輪機(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氧樹脂(GFRP/CFRP)組成,廢環氧樹脂的三維交聯網絡使其不易變形和溶解,對回收構成了重大挑戰。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,每年將產生約200萬噸WT葉片,預計到2050年全球將有驚人的4300萬噸被丟棄,這無疑引發了嚴重的環境問題。目前,大規模處理廢棄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的,與循環經濟和碳中和原則相矛盾。因此,迫切需要為風力渦輪機(WT)葉片設計創新和可持續的回收方法,這與最大限度地減少環境足跡和提高資源循環性的雙重目標保持一致。
為了緩解可持續能源基礎設施中使用的熱固性復合材料固有的可回收性挑戰,特別是針對WT葉片,近年來提出了一系列創新的回收方法。這些方法包括機械回收技術(如研磨、破碎和粉碎)、化學過程(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,如高基礎設施進入壁壘,極端操作條件(如極高溫)以及原材的嚴格選擇性,從環境和經濟角度來看,這些方法不太適合大規模應用。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,經濟價值低。因此,對環氧樹脂及其復合材料的環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,使其不適合高應力結構應用。目前,小型WT葉片廢料通常被重新用于低附加值的應用,如建筑構件、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調一致,提供可持續的回收解決方案。
受大自然的啟發,人造超疏水表面因其在自清潔、防腐、防霜/結冰、油水分離等領域的潛在應用而引起了人們的極大興趣。因此,大量的研究致力于開發超疏水技術。盡管取得了顯著的進步,但為了滿足嚴格的工業要求,開發具有優異的抗刺穿性、機械魯棒性和長壽命的超疏水涂層仍然是一個重大挑戰。
近期,四川大學楊雙橋團隊、中國石化北京化工研究院利用退役風力渦輪機(WT)葉片,成功制備了一種多功能超疏水涂層。
首先,使用自行設計的固態剪切銑削(S3M)設備回收退役的風力渦輪機(WT)葉片制備微米和亞微米級的廢玻璃纖維和環氧粉末(WGE),通過硅烷化和巰基-烯點擊化學對這些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°,滾轉角為6.0±0.5°,表面自由能低至1.05mN/m。與純環氧涂層相比,該涂層的凍結時間延長了5倍,表現出優異的防冰性能。此外,該涂層還具有優異的自清潔、機械穩定性,耐久性和化學穩定性。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用提供了重要機會。
超疏水材料設計示意圖 超疏水材料設計示意圖。
涂層制備工藝 EP/S@WGE@Kh涂層制備工藝示意圖。
數據來源與出處 相關研究成果以“Upcycling wind turbine blades into durable Super-Hydrophobic coating for High-Efficiency Anti-Icing application”為標題發表在《Chemical Engineering Journal》上。
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