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變廢為寶——植物殘渣變身車用碳纖維

2017-09-06 10:33:26 作者：本網整理來源：材料人分享至：

樹木用來造紙之后產生的廢棄物之一——木質素往往會通過燃燒進行處理，這種不可再生的行為其實是一種浪費。華盛頓州立大學的研究人員將這種木質素廢棄物與聚丙烯腈混合，制成了既強又便宜的車用碳纖維，實現了生物煉制廠的可持續發展。

使用植物和樹木來制造紙或乙醇等產品，會留下一種名為木質素的殘留物，其是植物細胞壁的成分之一。剩余的木質素不是很有用，一般是被燒毀或被扔進垃圾填埋場。現在，研究人員報告說，將木質素轉化為碳纖維，生產出一種較低成本的材料，其強度足以構建汽車或飛機的零件。

該項目的主要研究員Birgitte Ahring博士說：“木質素是一種復雜的芳族分子，主要是被燃燒以在生物煉制廠中產生蒸汽，這是一個相對低效的過程，不會產生很多價值。尋找更好的方法來使用剩余的木質素是真正的驅動力，我們希望使用生物煉制垃圾來創造價值，我們希望使用低價值的產品來創造高價值的產品，這將實現生物煉制廠的可持續發展。”

另外，在碳纖維方面也存在潛在的用途。用木質素制成的碳纖維將比目前生產的纖維更可持續，更便宜。現代汽車和飛機上所用的碳纖維通常由聚丙烯腈（PAN）制成，這是一種昂貴的不可再生聚合物。“PAN可以貢獻碳纖維總成本的一半，”Jinxue Jiang博士說道，他是華盛頓州立大學Ahring實驗室的博士后研究員，“我們的想法是通過使用可再生材料（如生物煉制木質素）來降低制造碳纖維的成本。其他研究人員試圖用100％的木質素制造碳纖維，但最終得到的纖維強度太弱。而我們希望將PAN的高強度與木質素的低成本相結合，以生產汽車用碳纖維。”

為了開發出一種強而價廉的碳纖維，Ahring的團隊將木質素與PAN以不同含量混合，從0到50％不等。他們使用名為熔融紡絲的工藝將聚合物熔合成單纖維。“提高聚合物混合物的溫度，直到它們融化到可以流動，”Jiang說，“然后，轉動這些聚合物熔體直到纖維形成。”研究人員利用核磁共振光譜，量熱法和電子顯微鏡等多種方法評估了纖維的結構和機械特性。他們發現，他們可以在不犧牲強度的情況下消除多達20-30％的木質素。研究人員表示，木質素碳纖維可以用于汽車行業，如內部零件、鑄件和輪胎框架。

下一步，研究人員將在汽車制造廠測試他們的纖維是否可用于實際生產。Ahring說：“如果我們能夠設法獲得可用于汽車行業的纖維，我們將能夠使生物煉制廠在經濟上更具可行性，因此可以銷售通常會被丟棄或燃燒的物質。而且產品將更加可持續和便宜。”

原文鏈接：Spinning Plant Waste Into Carbon Fiber For Cars, Planes

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責任編輯：殷鵬飛

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