最近的生物技术进展展示了一种拆解和提取碳纤维增强聚合物中基体的方法,使得回收的碳纤维层具有与新制造材料相似的机械特性。
目前,碳纤维材料在各个行业中都十分普遍,从冰球棒到商用飞机都有其身影。全球每年生产的碳纤维量达到数百万吨,因此研究人员一直在探索经济实用的回收策略。
然而,回收碳纤维的问题在于,它由碳原子在基体中互相连接的纤维构成,创造新的可用材料时面临重大挑战。
堪萨斯大学分子生物学杰出教授Berl Oakley解释说:“这通常是一种编织的织物与基体交织在一起,基体通常由环氧树脂或聚苯乙烯构成,固定所有东西在一起。你有织物和基体的组合,因此目标是回收织物以供将来使用,同时也溶解基体而不产生有害或浪费的副产品。最终目标是从这些材料中回收价值。”
最近,Oakley和他在堪萨斯大学的团队与南加州大学的研究人员合作,在美国化学学会杂志上公布了一种新的化学过程,这种过程有效地分解和去除碳纤维增强聚合物(CFRPs)中的基体。这项创新技术产生的回收碳纤维层具有与新制造基材相似的机械性质。
基体分解的一个重要副产品是苯甲酸。为了进一步增强回收过程,Oakley工程了一个改良的真菌品种——宁德曲霉,这种真菌能够在苯甲酸上良好生长,并产生一种被称为OTA(2Z,4Z,6E)-八烯酸的有价值化合物。正如Oakley和他的同事在最近的研究中指出的,“这标志着第一种能够从CFRP中的纤维织物和聚合物基体中回收高价值的系统。”
Oakley与论文的第一作者、南加州大学的Clay Wang有着长期的合作关系。“我们多年来一直在与他的实验室合作,在宁德曲霉中培养次级代谢物,”Oakley说道。“次级代谢物是真菌产生的化合物,其中青霉素是一个广为人知的例子,具有生物活性,例如抑制竞争者。我们的工作揭示了Aspterilin途径,导致了次级代谢物Asperlin的发现。我们发现OTA是这个途径中的一个中间体,使其成为工业使用的潜在有价值化合物。”
Wang在南加州大学的新闻发布会上表示:“OTA有可能用于制造具有医疗相关性的产品,包括抗生素和抗炎药物。这一发现具有重要意义,因为它展示了一种新的、更有效的方法,将曾被视为废物的东西转变为医学目的的宝贵资源。”
展望未来,Oakley提到,他在堪萨斯大学的实验室将专注于提高其专用真菌的效率,同时考虑到新碳纤维回收技术的工业应用的可扩展性和盈利能力。
“自这项工作的开始以来,我们创造的菌株在性能上超越了原有的菌株,”他分享道。“这些先进的菌株可能会产生更好的结果;然而,我们仍然有大量工作要做,以将这些改进整合到过程当中。”
在堪萨斯大学,Oakley与研究生Cory Jenkinson合作。在南加州大学,Wang的合著者还包括Clarissa Olivar、Zehan Yu、Ben Miller、Maria Tangalos、Steven Nutt和Travis Williams。