新發現！科學家找到真菌溶液，可用于碳纖維復材回收
從碳纖維和基體中回收高價值
碳纖維是由碳原子制成的細纖維；它們非常輕，但具有非常高的抗拉強度和剛度，非常適合制造。聚合物基體是一種類似塑料的剛性材料（如環氧樹脂、聚酯或乙烯基樹脂），用作粘合劑;聚合物將碳纖維固定在一起，并賦予復合材料其形狀。
CFRP，即碳纖維增強聚合物，是一種結合了碳纖維和聚合物成分的復合材料。“該研究展示了從 CFRP 材料的碳纖維和聚合物基體中回收高價值的第一種成功方法，”Williams 說。
“如果你環顧世界，你會發現碳纖維復合材料無處不在，”威廉姆斯說。“它們在我的自行車、我的車和我鄰居的假肢里。”復合材料是大規模制造中使用最普遍的材料之一。汽車和飛機的結構板以及許多其他部件越來越多地使用 CFRP 制造。
“CFRP 的挑戰在于你不能熔化或重新粘合它們，這使得它們在使用壽命結束時難以分離和回收，”Williams 說。事實上，唯一可用的回收方法是燃燒掉聚合物基體，適用于大約 1% 的復合廢料。
南加州大學 Viterbi 分校的化學工程教授 Nutt 對這種策略持不同意見，他說：“基質是一種我們不想犧牲的工程材料。
保持纖維原始強度的 97% 以上
該研究中展示的化學是一種新方法，表明復合材料可以以保持材料完整性的方式進行回收和再循環。該項目是 Williams 與南加州大學 Viterbi 工程學院 M.C. Gill 復合材料中心的 Steven Nutt、南加州大學 Alfred E. Mann 藥學與制藥科學學院的 Clay C.C. Wang 教授以及堪薩斯大學的 Berl Oakley 合作完成的。
“我不確定是否有可能完全回收復合材料，”南加州大學 Dornsife 文理學院化學教授 Travis Williams 說。“盡管這些材料對于制造節能汽車非常有用，但復合材料的問題在于我們沒有實用的回收途徑，因此這些材料最終會被填埋。”
預測表明，到 2030 年，6,000-8,000 架包含復合材料的商用飛機將達到使用壽命，到 2050 年，退役的風力渦輪機將產生 483,000 噸復合材料廢物。Williams 說，他實驗室的升級回收方法為日益嚴重的廢物問題提供了一種可持續的解決方案，“我們的方法有可能在回收和化學制造中創造新的價值鏈，同時顯著減少復合材料對環境的影響。
升級回收方法節省了 CFRP 的碳纖維，碳纖維是材料堅固耐用的部分。這些纖維保持良好狀態，該團隊展示了如何在新的制造中重復使用它們，同時保持其原始強度的 97% 以上。這種方法是第一個成功地從 CFRP 的基體和碳纖維部件中獲得價值的方法，將廢物轉化為有用的產品，減少對環境的危害。
真菌溶液回收塑料
生物技術對于從廢棄的聚合物基質中回收價值至關重要。研究人員還引入了一種名為 Aspergillus 構巢曲霉的特殊類型的真菌，該真菌最初是在堪薩斯大學的 Berl Oakley 實驗室設計的。南加州大學團隊發現，在纖維回收反應將聚合物切碎成苯甲酸后，這種真菌可以從復合基質中重建材料，苯甲酸然后用作真菌的食物來源，使用這種真菌的工程菌株生產一種稱為 OTA（（2Z，4Z，6E）-octa-2,4,6-trienoic acid）的化學物質。
“OTA 可用于制造具有潛在醫療應用的產品，例如抗生素或抗炎藥，”南加州大學曼恩分校教授兼該學院藥理學和制藥科學系主任、聯合研究員 Wang 說。“這一發現很重要，因為它展示了一種新的、更有效的方法，可以將以前被認為是廢料的東西轉化為有價值的東西，可以用于醫學。”
升級回收方法不僅展示了使用真菌對廢料進行生物催化升級的潛力，而且還突出了一種通過將纖維和基質成分回收為高價值產品來回收復合材料的新方法。
“隨著對 CFRP 的需求持續增長，這一突破來得正是時候，”Williams 說。“據預測，未來幾十年 CFRP 廢物將顯著增加，這一概念為可持續材料管理提供了一個有前途的解決方案。”
關于這項研究：該研究的其他作者包括南加州大學的 Clarissa Olivar、Zehan Yu、Ben Miller 和 Maria Tangalos;以及堪薩斯大學的 Cory B. Jenkinson。
這項研究得到了美國國家海洋和大氣管理局根據海洋資助獎 （NA24OARX417C0413-T1-01） 的支持;美國國立衛生研究院 （R21-AI156320）;美國國家科學基金會 （CMMI-2134658， 2227649）;USC（USC Dornsife College 教師工作組、Zumberge 基金和麥吉爾復合材料中心總裁可持續發展倡議）;南加州大學箭牌環境研究所（創新獎）;以及堪薩斯大學捐贈基金（Irving S. Johnson Fund）。
