Le chauffage Flash Joule recycle le plastique en nanomatériau pour les implants

17 février 2023 Par Sean Whooley

Le chauffage Flash Joule peut être utilisé pour fabriquer des nanotubes de carbone et des nanofibres de carbone à partir de déchets plastiques mélangés, une méthode 90 % plus efficace que les processus de production existants. Le diamètre des nanotubes peut être contrôlé en modifiant la puissance ou le catalyseur utilisé. (Image gracieuseté du laboratoire Tour/Université Rice)

Des scientifiques de l'Université Rice ont développé un moyen de transformer les déchets plastiques recyclés en un nanomatériau de carbone hybride pour une multitude d'utilisations.

Les chercheurs s’attendent à ce que la production de plastique triple d’ici 2050, tandis que les déchets plastiques à l’échelle mondiale ont doublé au cours des 20 dernières années. La plupart des déchets finissent dans des décharges, incinérés ou mal gérés, ont-ils déclaré, citant l'Organisation de coopération et de développement économiques.

Selon un communiqué de presse, certaines estimations suggèrent que seulement 5 % des déchets sont recyclés.

Kevin Wyss, étudiant diplômé de Rice et auteur principal d'une étude, et une équipe ont trouvé une nouvelle façon de tirer le meilleur parti de ces déchets. L'étude, publiée dans Advanced Materials, a démontré comment Wyss et ses collègues - dans le laboratoire du chimiste James Tour - ont utilisé le chauffage flash Joule pour transformer le plastique en nanotubes de carbone et nanomatériaux hybrides de valeur.

"Nous avons pu fabriquer un nanomatériau de carbone hybride qui a surpassé à la fois le graphène et les nanotubes de carbone disponibles dans le commerce", a déclaré Wyss.

Ces nanomatériaux offrent une résistance et une robustesse chimique avec une faible densité et une grande surface. Combinés à des capacités de conductivité et d’absorption électromagnétique à large bande, ils offrent des utilisations dans des applications médicales, industrielles et électroniques.

"Ce qui était vraiment intéressant dans nos résultats cette fois-ci, c'est que nous avons pu fabriquer ces nanotubes de carbone avec des morceaux de graphène attachés aux extrémités", a déclaré Wyss. « On peut considérer la structure de ce nouveau nanomatériau hybride comme semblable à celle des germes de soja ou des sucettes. Ce sont normalement très difficiles à fabriquer, et le fait que nous ayons pu les fabriquer à partir de déchets plastiques est vraiment spécial.

Selon les chercheurs, la structure de ce nanomatériau améliore ses performances.

Wyss comparé à tirer une ficelle de fil d'un pull. Si vous tirez sur une ficelle « droite et lisse », elle peut sortir assez facilement et ruiner le tissage. Avec ces nanotubes de carbone, le fait d’avoir des masses de graphène attachées aux extrémités les rend plus difficiles à éliminer, renforçant ainsi le composite.

« Vous pouvez aussi y penser de cette façon : si vous avez une écharde, elle est facile à retirer. Mais si vous vous faites piquer avec quelque chose dont l'extrémité est courbée, comme un hameçon, c'est beaucoup plus difficile à retirer », a expliqué Wyss.

Les chercheurs « flashent » le plastique à des températures supérieures à 3 100 kelvins (environ 5 120 degrés Fahrenheit). Ils broient le matériau en petits morceaux, ajoutent du fer et mélangent un autre carbone – du charbon de bois, par exemple – pour la conductivité.

Selon les chercheurs, le chauffage flash Joule offre des avantages « considérablement » plus économes en énergie par rapport aux processus existants. Ils affirment que cela offre également des avantages plus respectueux de l’environnement que les méthodes de production de nanotubes existantes.

« Le recyclage du plastique coûte plus cher que la simple production de nouveau plastique », a-t-il ajouté. « Il existe très peu d'incitations économiques à recycler le plastique. C'est pourquoi nous nous sommes tournés vers le surcyclage, ou la transformation de déchets de faible valeur en quelque chose ayant une valeur monétaire ou d'usage plus élevée. Si nous pouvons transformer les déchets plastiques en quelque chose de plus précieux, alors les gens pourront gagner de l’argent en étant responsables dans la manière dont ils traitent les plastiques jetés.

"Par rapport aux méthodes commerciales de production de nanotubes de carbone actuellement utilisées, la nôtre utilise environ 90 % d'énergie en moins et génère 90 à 94 % de dioxyde de carbone en moins", a déclaré Wyss.