تولید اولین هواژل معجزه‌گر از بطری‌های پلاستیکی

محققان دانشگاه ملی سنگاپور موفق به تولید هواژل از بطری‌های پلاستیکی شده‌اند که کاربردهای فراوانی از جمله تولید کاغذهای قطع A4 دارد.

کد خبر: ۲۵۸۸۳۹

تاریخ: ۱۲ آبان ۱۳۹۷ - ۱۵:۵۱

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از گیزمگ، بطری‌های پلاستیکی یکی از رایج‌ترین انواع زباله‌های پلاستیکی هستند و دانشمندان هر روزه به دنبال یافتن راه‌های جدیدی برای بازیافت آنها هستند.

محققان دانشگاه ملی سنگاپور(NUS) با توجه به این موضوع، یک روش ارزان برای تبدیل این بطری‌ها به یک هواژل(aerogel) بسیار مفید توسعه داده‌اند.

این مطالعه که به رهبری پروفسور "های مین دونگ" و پروفسور "نان فان تین" انجام شد، با بطری‌های ساخته شده از پلی اتیلن ترفتالات(PET) رایج شروع شد.

برای تولید هواژل، PET بر روی فیبرها قرار داده می‌شود و سپس با سیلیکا(سیلیس) پوشش داده می‌شود.

فرآیند تولید از اینجا به بعد بسیار پیچیده می‌شود، اما اساسا دربرگیرنده استفاده شیمیایی از فیبرها است، به طوریکه آنها افزایش می‌یابند و سپس خشک می‌شوند.

هواژلی که از این فرآیند تولید می‌شود، سبک، متخلخل(منفذ دار)، انعطاف پذیر و بادوام است و اولین ماده‌ای است که از PET ساخته شده است.

این هواژل دارای بسیاری از کاربردهای بالقوه از جمله تولید کاغذهای A4 است.

برای مثال، اگر این هواژل به عنوان مثال، با ترکیبات مختلف متفورمین پوشش داده شود، می‌تواند روغن را تا هفت برابر موثرتر از مواد دیگر موجود در بازار، جذب کند.

همچنین می‌تواند به عنوان عایق حرارتی یا صوتی در ساختمان‌ها استفاده شوند یا در پوشش با گروه آمین(مشتق‌های آمونیاک)، به عنوان یک فیلتر به کار گرفته شوند که ذرات گرد و غبار و کربن دی اکسید را در ماسک‌های صورت جذب می‌کند.

محققان علاوه بر این‌ها به دنبال تغییرات سطحی نیز هستند که به این مواد اجازه می‌دهد گازهای سمی مانند مونوکسید کربن را جذب کنند.

هواژل می‌تواند در ماسک‌های صورت استفاده شود که ذرات گرد و غبار و کربن دی اکسید را فیلتر می‌کند و شاید بهترین استفاده آن، به عنوان عایق حفاظتی در لباس‌های آتش‌نشانان باشد.

هنگامی که این ماده با مواد شیمیایی مقاوم در برابر آتش پوشش داده شود، قادر به مقاومت در برابر حرارت تا 620 درجه سانتی‌گراد خواهد بود که به گفته تیم سازنده، هفت برابر بیشتر از موارد قابل استفاده کنونی است که معمولا در چنین لباس‌هایی استفاده می‌شود.

ضمن اینکه هواژل تنها حدود 10 درصد مواد موجود وزن دارد و همچنین نرم‌تر و انعطاف‌پذیرتر است.

محققان دانشگاه ملی سنگاپور این فناوری را ثبت اختراع کرده‌اند و در حال حاضر به دنبال شرکای صنعتی برای کمک به تجاری کردن و تولید انبوه آن هستند.

هواژل

هواژل یک ماده تولیدی است که کمترین چگالی را در میان مواد جامد دارد. در ابتدا فرض بر منفی بودن وزن این ماده بود، ولی محققان بعدها متوجه وزن بسیار ناچیز آن شدند.

این ماده از یک ژل به دست می‌آید که در آن قسمت، مایع ژل با گاز جایگزین می‌شود. نتیجه این فرآیند، ماده‌ای جامد با چگالی بسیار کم و در عین حال، ویژگی قابل‌توجه در زمینه عایق گرمایی است.

هواژل در فرهنگ عامه مردم تحت نام‌های دیگری هم‌چون دود منجمد، دود جامد، هوای جامد یا دود آبی نیز شناخته می‌شود که این نام‌گذاری‌ها به دلیل ظاهر شفاف و نیز نحوه پخش نور در این ماده است.

هواژل برای نخستین بار توسط ساموئل استفان کیستلر در سال ۱۹۳۱ ساخته شد و تولید آن برای جایگزین کردن قسمت مایع ژله خوراکی با گاز بود، بدون آنکه ساختار ژله در هم بشکند.

فرآیند تولید هواژل شامل استخراج بخش مایع ژل با استفاده از روش خشکاندن فوق بحرانی می‌باشد. با استفاده از این روش مایع به آهستگی از درون شبکه جامد ژل خارج می‌شود، بدون آنکه به این شبکه آسیبی برسد و در اثر نیروی مویینگی در هم بشکند.

به عنوان مثال، ژله خوراکی در اثر تبخیر معمولی دچار درهم‌شکستگی ساختار شبکه جامد می‌شود.

نخستین نمونه‌های هواژل از ژل اکسید سیلیسیوم ساخته شدند و هواژل سیلیسی نامیده شدند. بعدها، کیستلر هواژل‌هایی با پایه اکسید آلومینیم، کروم و قلع ساخت. هواژل‌های کربنی هم در اواخر دهه ۸۰ میلادی ساخته شدند.

هواژل، سبک‌ترین ماده جامد شناخته شده در جهان است که چگالی سبک‌ترین نمونه ساخته شده از آن، تنها سه برابر هوا است.

ویژگی‌های منحصربه‌فرد این ماده آن را یکی از پرکاربردترین مواد به کار رفته در ماموریت‌های فضایی ساخته است. به عنوان نمونه، مسئولان ناسا از هواژل به منظور جلوگیری از یخ‌زدگی ربات مریخ‌نورد در شب‌های سیاره مریخ استفاده کردند.

همچنین این ماده برای گردآوری ذرات کیهانی در فضا بسیار مناسب است و در جریان ماموریت "استارداست" از آن برای جمع‌آوری مواد موجود در هاله پیرامون دنباله‌دار و"ایلد-2" استفاده شد.

این تحقیق در مجله Colloids and Surfaces A منتشر شده است.