علمی، پژوهشی و فناوری

تولید گرافن از ضایعات میکروپلاستیکی با پلاسما

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : اکنون گروهی از دانشمندان در استرالیا در تلاش برای حل این مشکل، فناوری جدیدی ارائه کرده اند که می‌تواند از پلاستیک‌ها ماده بسیار ارزشمند گرافن تولید کند.

آنها از یک فناوری ثابت شده برای تبدیل پلاستیک به گرافن استفاده کرده اند. گرافن ماده‌ای است که از یک لایه اتم کربن تشکیل شده و در اندازه نانو، ویژگی‌های منحصربه فردی دارد که آن را برای الکترونیک، فناوری زیست پزشکی، پنل‌های خورشیدی و سایر کاربرد‌های فناوری‌های پیشرفته با ارزش می‌سازد.

«موهان جیکوب» «Mohan Jacob» استاد مهندسی برق در دانشگاه جیمز کوک استرالیا و مجری این تحقیقات که به مدت یک دهه بر روی راه‌هایی برای تولید منابع با ارزش، سازگار با محیط زیست و پایدار کار کرده، به تازگی چگونگی استفاده از روشی به نام «پلاسمای مایکروویو با فشار اتمسفری» را برای تبدیل کربن موجود در پلاستیک به گرافن مورد بررسی قرار داده است.

وی گفت: «پلاسمای مایکروویو با فشار اتمسفری یک فناوری پیشرفته است که با استفاده از تشعشعات مایکروویو، پلاسما را در فشار اتمسفر تولید می‌کند.»

پلاسما حالتی از ماده متشکل از یون‌ها و الکترون‌های آزاد است و زمانی شکل می‌گیرد که گاز در معرض انرژی‌های بالا قرار بگیرد. برای ایجاد پلاسمای مایکروویو با فشار اتمسفر، مایکروویو‌ها به داخل محفظه‌ای پر از گازی مانند آرگون هدایت می‌شوند. این کار گاز را تحریک و پلاسمای بسیار واکنش پذیری را ایجاد می‌کند.

استفاده از پلاسما برای حذف میکروپلاستیک‌ها 

این روش پیشتر برای ساخت گرافن از متان، اتانول و بخارات نفت استفاده می‌شد، اما به گفته جیکوب، استفاده از این روش در ترکیب با میکروپلاستیک‌ها نیز موفقیت آمیز بوده است چرا که از مواد اولیه جامد و خطرناک برای محیط زیست استفاده می‌کند که نه تنها ضایعات پلاستیکی را کاهش داده بلکه به ساخت مواد به شیوه نوین نیز منجر می‌شود.

هنگامی که میکروپلاستیک‌ها همراه با پلاسما در محفظه قرار می‌گیرند، به سرعت به گاز‌هایی مانند متان تجزیه می‌شوند که گازی پیش ساز برای سنتز گرافن است. 

جیکوب افزود: «متان بسیار مهم است، زیرا در پلاسما بیشتر تجزیه شده و اتم‌های کربن را آزاد می‌کند. سپس این اتم‌های کربن دوباره ترکیب شده و خود را در ساختار شبکه شش ضلعی گرافن سازماندهی می‌کنند.»

در مقایسه با سایر روش‌های ساخت گرافن، این روش تمیزتر است، ضایعات کمی تولید می‌کند و به حداقل پیش پردازش نیاز دارد. 

«محمد عادل ظفر» یکی دیگر از مجریان این طرح گفت: «در مقابل، روش‌های سنتی مانند رسوب شیمیایی بخار (CVD) به دلیل هزینه‌های بالای انرژی و مواد، گران‌تر هستند.

وی که معتقد است هرگونه تفاوت هزینه را می‌توان با منفعت ناشی از پاکسازی محیط زیست جبران کرد، اظهار داشت: «پلاسمای مایکروویو با فشار اتمسفری نه تنها گرافن ارزشمند تولید می‌کند، بلکه میکروپلاستیک‌های مضر را نیز از محیط حذف کرده، با اهداف پایداری همسو می‌شود و از اقتصاد دایره‌ای حمایت می‌کند.

جیکوب و همکارانش در آزمایش‌ها به نسبت تبدیل شش به یک دست یافتند. برای مثال، ۳۰ میلی گرم میکروپلاستیک، ۵ میلی گرم گرافن تولید کرد. علاوه بر این، کیفیت گرافن تولید شده با منابع معمولی قابل مقایسه و در برخی موارد بیشتر از آنها بود که این ماده را برای بسیاری از مصارف تجاری مانند الکترونیک، ذخیره انرژی، مواد کامپوزیت و فناوری‌های محیطی مناسب می‌کند.

با وجود این نتایج امیدوارکننده، جیکوب وجود چالش‌های مقیاس پذیری را تصدیق می‌کند. در حال حاضر، این فرآیند برای پلاستیک‌هایی با سطوح بالای افزودنی ها، پرکننده‌ها یا آلاینده‌ها مناسب نیست.

وی افزود: «همچنین، پلاستیک‌های حاوی کلر، مانند پلی وینیل کلرید (PVC)، می‌توانند محصولات جانبی سمی تولید کنند و نگرانی‌های ایمنی و زیست محیطی را افزایش دهند. ما قصد داریم روی بهینه سازی فرآیند برای رسیدگی به طیف وسیع تری از میکروپلاستیک ها، از جمله مواردی که دارای مواد افزودنی و آلاینده‌های مختلف هستند، کار کنیم.»

این پژوهشگران در حال آزمایش اتاق‌های واکنش بزرگ‌تر با هدف افزایش سطح فناوری و غلبه بر موانع اقتصادی برای استفاده صنعتی در مقیاس بزرگ هستند. این پیشرفت‌ها به منظور تبدیل پلاسمای مایکروویو با فشار اتمسفری به روشی مناسب و به طور گسترده برای به یافت زباله‌های میکروپلاستیکی ضروری است.

نتایج این تحقیقات در نشریه Small Science منتشر شده است.