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Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont apporté une contribution importante à la résolution du problème mondial des déchets plastiques en créant un moyen de convertir les déchets de bouteilles en plastique en aérogels pour de nombreuses applications utiles.
Les bouteilles en plastique sont généralement en polyéthylène téréphtalate (PET), le plastique le plus recyclé au monde. Les aérogels de PET développés par l’équipe de recherche dirigée par le NUS et utilisant des déchets de bouteilles en plastique – une première mondiale – sont souples, flexibles, durables, extrêmement légers et faciles à manipuler. Ils démontrent également une isolation thermique supérieure et une forte capacité d'absorption. Ces propriétés les rendent attrayants pour un large éventail d'applications, telles que l'isolation thermique et phonique dans les bâtiments, le nettoyage des déversements de pétrole, ainsi que comme revêtement léger pour les manteaux de pompier et les masques d'absorption de dioxyde de carbone pouvant être utilisés pendant les opérations de sauvetage et de lutte contre l'incendie. échapper.
Ce travail de pionnier a été réalisé par une équipe de recherche dirigée par le professeur associé Hai Minh Duong et le professeur Nhan Phan-Thien du département de génie mécanique de la faculté de génie de la NUS. La technologie permettant de produire des aérogels de PET a été mise au point en collaboration avec M. Xiwen Zhang de l’Institut de technologie de fabrication de Singapour (SIMTech), au sein de l’Agence pour la science, la technologie et la recherche (A * STAR).
Recycler les déchets de bouteilles en plastique
Les déchets plastiques sont toxiques et non biodégradables. Ces déchets finissent souvent dans les océans et les décharges, affectant la vie marine et causant des problèmes tels que la contamination des eaux souterraines et la rareté des sols. À l’échelle mondiale, la consommation annuelle de bouteilles en plastique a augmenté régulièrement et devrait dépasser le demi-billion de tonnes par an d’ici 2021.
«Les déchets de bouteilles en plastique sont l’un des types de déchets de plastique les plus courants et ont des effets néfastes sur l’environnement. Notre équipe a développé une méthode simple, rentable et écologique pour convertir les déchets de bouteilles en plastique en aérogels de PET pour de nombreuses utilisations intéressantes. Une bouteille en plastique peut être recyclée pour produire une feuille d'aérogel en PET de format A4. La technologie de fabrication est également facilement évolutive pour la production de masse. De cette manière, nous pouvons aider à réduire les dommages environnementaux causés par les déchets plastiques », a déclaré le professeur Assoc Duong.
Aérogels en PET polyvalents
L'équipe de recherche a mis deux ans (d'août 2016 à août 2018) pour développer la technologie de fabrication d'aérogels de PET. Ce travail a été publié dans la revue scientifique Colloïdes et Surfaces A en août 2018.
«Nos aérogels de PET sont très polyvalents. Nous pouvons leur donner différents traitements de surface afin de les personnaliser pour différentes applications. Par exemple, lorsqu'ils sont incorporés à divers groupes méthyle, les aérogels de PET peuvent absorber très rapidement de grandes quantités d'huile. Sur la base de nos expériences, ils sont jusqu'à sept fois plus performants que les sorbants commerciaux existants et conviennent parfaitement au nettoyage des marées noires », a ajouté le professeur Nhan.
Manteaux de pompier plus légers et plus sûrs
Une autre application novatrice consiste à exploiter la propriété d’isolation thermique des aérogels de PET pour des applications de sécurité incendie.
Les manteaux de pompier existants sont encombrants et ils sont souvent utilisés avec d'autres équipements respiratoires et de sécurité. Cela pourrait avoir des conséquences néfastes sur les pompiers, en particulier lors d'opérations prolongées.
Lorsqu'il est recouvert de produits chimiques ignifuges, le nouvel aérogel en PET léger présente une résistance et une stabilité thermiques supérieures. Il peut supporter des températures allant jusqu'à 620 degrés Celsius – c'est sept fois plus que le revêtement thermique utilisé dans les manteaux de pompiers classiques, mais ne pèse qu'environ 10% du poids des revêtements thermiques classiques. La nature douce et flexible de l'aérogel de PET offre également un plus grand confort.
Le professeur Nhan a expliqué: «En utilisant des aérogels de PET recouverts de retardateurs de flamme comme matériau de revêtement, les revêtements de sapeurs-pompiers peuvent être rendus beaucoup plus légers, plus sûrs et moins chers. Il est également possible de produire des vestes peu coûteuses résistant à la chaleur et destinées à un usage personnel. "
Masque 2 en 1 qui absorbe le dioxyde de carbone et les particules de poussière nocives
Lorsqu'il est recouvert d'un groupe amine, l'aérogel de PET peut rapidement absorber le dioxyde de carbone de l'environnement. Sa capacité d'absorption est comparable à celle des matériaux utilisés dans les masques à gaz, coûteux et volumineux. Pour illustrer cette application, l'équipe a incorporé une fine couche d'aérogel de PET dans un masque commercial à particules fines afin de créer un masque prototype capable d'absorber efficacement les particules de poussière et le dioxyde de carbone.
Le professeur Nhan a déclaré: «Dans les pays très urbanisés tels que Singapour, les masques à absorption de dioxyde de carbone et les gaines thermorésistantes fabriquées à l'aide d'aérogels de PET peuvent être placés à côté des extincteurs dans les immeubles de grande hauteur afin de fournir une protection supplémentaire aux civils qui échappent au feu. ”
«Les masques recouverts d'aérogels de PET renforcés d'amine peuvent également profiter aux habitants de pays tels que la Chine, où la pollution de l'air et les émissions de carbone sont des préoccupations majeures. De tels masques peuvent être facilement fabriqués et potentiellement réutilisables », a ajouté le professeur Assoc Duong.
Les chercheurs du NUS étudient également la possibilité de modifier simplement la surface des aérogels de PET afin d’absorber des gaz toxiques tels que le monoxyde de carbone, le composant le plus mortel de la fumée.
Dans leurs travaux antérieurs, l’équipe de recherche avait converti avec succès les déchets de papier et de mode en aérogels de cellulose et de coton, respectivement. Associée à cette dernière innovation impliquant le recyclage des déchets de bouteilles en plastique en aérogels, l'équipe NUS s'est récemment vue attribuer la première place dans la catégorie «Technologies durables» du concours «Create the Future Design» 2018, organisé par Tech Briefs.
Plus d'information:
Steven Salomo et al. Fabrication et propriétés avancées d'aérogels hybrides fibre de polyéthylène tétraphalate – silice à partir de déchets de bouteilles en plastique, Colloïdes et surfaces A: aspects physico-chimiques et techniques (2018). DOI: 10.1016 / j.colsurfa.2018.08.015
Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont apporté une contribution importante à la résolution du problème mondial des déchets plastiques en créant un moyen de convertir les déchets de bouteilles en plastique en aérogels pour de nombreuses applications utiles.
Les bouteilles en plastique sont généralement en polyéthylène téréphtalate (PET), le plastique le plus recyclé au monde. Les aérogels de PET développés par l’équipe de recherche dirigée par le NUS et utilisant des déchets de bouteilles en plastique – une première mondiale – sont souples, flexibles, durables, extrêmement légers et faciles à manipuler. Ils démontrent également une isolation thermique supérieure et une forte capacité d'absorption. Ces propriétés les rendent attrayants pour un large éventail d'applications, telles que l'isolation thermique et phonique dans les bâtiments, le nettoyage des déversements de pétrole, ainsi que comme revêtement léger pour les manteaux de pompier et les masques d'absorption de dioxyde de carbone pouvant être utilisés pendant les opérations de sauvetage et de lutte contre l'incendie. échapper.
Ce travail de pionnier a été réalisé par une équipe de recherche dirigée par le professeur associé Hai Minh Duong et le professeur Nhan Phan-Thien du département de génie mécanique de la faculté de génie de la NUS. La technologie permettant de produire des aérogels de PET a été mise au point en collaboration avec M. Xiwen Zhang de l’Institut de technologie de fabrication de Singapour (SIMTech), au sein de l’Agence pour la science, la technologie et la recherche (A * STAR).
Recycler les déchets de bouteilles en plastique
Les déchets plastiques sont toxiques et non biodégradables. Ces déchets finissent souvent dans les océans et les décharges, affectant la vie marine et causant des problèmes tels que la contamination des eaux souterraines et la rareté des sols. À l’échelle mondiale, la consommation annuelle de bouteilles en plastique a augmenté régulièrement et devrait dépasser le demi-billion de tonnes par an d’ici 2021.
«Les déchets de bouteilles en plastique sont l’un des types de déchets de plastique les plus courants et ont des effets néfastes sur l’environnement. Notre équipe a développé une méthode simple, rentable et écologique pour convertir les déchets de bouteilles en plastique en aérogels de PET pour de nombreuses utilisations intéressantes. Une bouteille en plastique peut être recyclée pour produire une feuille d'aérogel en PET de format A4. La technologie de fabrication est également facilement évolutive pour la production de masse. De cette manière, nous pouvons aider à réduire les dommages environnementaux causés par les déchets plastiques », a déclaré le professeur Assoc Duong.
Aérogels en PET polyvalents
L'équipe de recherche a mis deux ans (d'août 2016 à août 2018) pour développer la technologie de fabrication d'aérogels de PET. Ce travail a été publié dans la revue scientifique Colloïdes et Surfaces A en août 2018.
«Nos aérogels de PET sont très polyvalents. Nous pouvons leur donner différents traitements de surface afin de les personnaliser pour différentes applications. Par exemple, lorsqu'ils sont incorporés à divers groupes méthyle, les aérogels de PET peuvent absorber très rapidement de grandes quantités d'huile. Sur la base de nos expériences, ils sont jusqu'à sept fois plus performants que les sorbants commerciaux existants et conviennent parfaitement au nettoyage des marées noires », a ajouté le professeur Nhan.
Manteaux de pompier plus légers et plus sûrs
Une autre application novatrice consiste à exploiter la propriété d’isolation thermique des aérogels de PET pour des applications de sécurité incendie.
Les manteaux de pompier existants sont encombrants et ils sont souvent utilisés avec d'autres équipements respiratoires et de sécurité. Cela pourrait avoir des conséquences néfastes sur les pompiers, en particulier lors d'opérations prolongées.
Lorsqu'il est recouvert de produits chimiques ignifuges, le nouvel aérogel en PET léger présente une résistance et une stabilité thermiques supérieures. Il peut supporter des températures allant jusqu'à 620 degrés Celsius – c'est sept fois plus que le revêtement thermique utilisé dans les manteaux de pompiers classiques, mais ne pèse qu'environ 10% du poids des revêtements thermiques classiques. La nature douce et flexible de l'aérogel de PET offre également un plus grand confort.
Le professeur Nhan a expliqué: «En utilisant des aérogels de PET recouverts de retardateurs de flamme comme matériau de revêtement, les revêtements de sapeurs-pompiers peuvent être rendus beaucoup plus légers, plus sûrs et moins chers. Il est également possible de produire des vestes peu coûteuses résistant à la chaleur et destinées à un usage personnel. "
Masque 2 en 1 qui absorbe le dioxyde de carbone et les particules de poussière nocives
Lorsqu'il est recouvert d'un groupe amine, l'aérogel de PET peut rapidement absorber le dioxyde de carbone de l'environnement. Sa capacité d'absorption est comparable à celle des matériaux utilisés dans les masques à gaz, coûteux et volumineux. Pour illustrer cette application, l'équipe a incorporé une fine couche d'aérogel de PET dans un masque commercial à particules fines afin de créer un masque prototype capable d'absorber efficacement les particules de poussière et le dioxyde de carbone.
Le professeur Nhan a déclaré: «Dans les pays très urbanisés tels que Singapour, les masques à absorption de dioxyde de carbone et les gaines thermorésistantes fabriquées à l'aide d'aérogels de PET peuvent être placés à côté des extincteurs dans les immeubles de grande hauteur afin de fournir une protection supplémentaire aux civils qui échappent au feu. ”
«Les masques recouverts d'aérogels de PET renforcés d'amine peuvent également profiter aux habitants de pays tels que la Chine, où la pollution de l'air et les émissions de carbone sont des préoccupations majeures. De tels masques peuvent être facilement fabriqués et potentiellement réutilisables », a ajouté le professeur Assoc Duong.
Les chercheurs du NUS étudient également la possibilité de modifier simplement la surface des aérogels de PET afin d’absorber des gaz toxiques tels que le monoxyde de carbone, le composant le plus mortel de la fumée.
Dans leurs travaux antérieurs, l’équipe de recherche avait converti avec succès les déchets de papier et de mode en aérogels de cellulose et de coton, respectivement. Associée à cette dernière innovation impliquant le recyclage des déchets de bouteilles en plastique en aérogels, l'équipe NUS s'est récemment vue attribuer la première place dans la catégorie «Technologies durables» du concours «Create the Future Design» 2018, organisé par Tech Briefs.
Plus d'information:
Steven Salomo et al. Fabrication et propriétés avancées d'aérogels hybrides fibre de polyéthylène tétraphalate – silice à partir de déchets de bouteilles en plastique, Colloïdes et surfaces A: aspects physico-chimiques et techniques (2018). DOI: 10.1016 / j.colsurfa.2018.08.015
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