玻璃纤维增​​强塑料 (GFRP) 是一种坚固耐用的复合材料，广泛应用于从飞机零件到风车叶片的各种领域。然而，正是由于其足够坚固，可用于多种不同应用的特性，使其难以处理——因此，大多数 GFRP 废物一旦达到使用寿命，就会被掩埋在垃圾填埋场。

根据发表在《自然可持续发展》杂志上的一项研究，莱斯大学的研究人员和合作者开发了一种新的节能升级回收方法，将玻璃纤维增​​强塑料(GFRP)转化为碳化硅，广泛用于半导体、砂纸和其他产品。

“GFRP 用于制造非常大的东西，在大多数情况下，我们最终将飞机的机翼结构或风力涡轮机的风车叶片整个埋在垃圾填埋场中，”TT 和 WF Chao 教授 James Tour 说化学、材料科学和纳米工程。“以这种方式处理 GFRP 是不可持续的。而且到目前为止，还没有好的方法来回收它。”

随着监管机构要求修改和改进报废车辆回收实践的压力越来越大，迫切需要更好的方法来管理 GFRP 废物。

虽然有些人试图开发使用焚烧或溶剂分解的方法来去除 GFRP，但在 Tour 实验室工作的博士后研究员、莱斯学院初级研究员 Yi Cheng 表示，这种方法不太理想，因为它们是资源密集型的，而且造成环境污染。

“这种材料的玻璃纤维表面有塑料，焚烧塑料会产生大量有毒气体，”程说。“尝试溶解 GFRP 也存在问题，因为它会从溶剂中产生大量酸或碱废物。我们希望找到一种更环保的方法来处理这种材料。”

图尔的实验室因使用闪速焦耳加热开发新的废物处理和回收应用而成为头条新闻，闪速焦耳加热是一种让电流通过中等电阻材料，将其快速加热到极高温度并将其转化为其他物质的技术。

图尔表示，当他从国防高级研究计划局的同事那里了解到有关 GFRP 处理的问题时，他认为这种涡轮加热可以将 GFRP 转化为碳化硅，广泛用于半导体和砂纸。

图尔说：“我们已经知道，如果我们通过快速焦耳加热来加热金属氯化物和碳的混合物，我们就可以获得金属碳化物——并且在一次演示中，我们制造出了碳化硅。” “因此，我们能够利用这项工作提出一种将 GFRP 转化为碳化硅的工艺。”

这种新工艺将 GFRP 研磨成塑料和碳的混合物，并在必要时添加更多的碳，以使混合物具有导电性。然后，研究人员使用两个电极对其施加高电压，使其温度达到 1,600–2,900 摄氏度(2,912–5,252 华氏度)。

图尔解释说：“高温有利于塑料和碳转化为碳化硅。” “我们可以制造两种不同类型的碳化硅，它们可用于不同的应用。事实上，其中一种类型的碳化硅作为电池负极材料显示出优越的容量和倍率性能。”

虽然这项初步研究是在实验室进行的小规模概念验证测试，但图尔和同事已经与外部公司合作，扩大该流程以供更广泛的使用。升级改造 GFRP 的运营成本低于每公斤 0.05 美元，比焚烧或溶剂分解便宜得多，而且更环保。

图尔表示，适当扩大这种新的闪存升级回收方法需要时间和一些良好的工程。他说他很高兴他的实验室能够开发出一种可持续的方法，将 GFRP 垃圾转化为碳化硅宝藏。

“这种 GFRP 是一种废品，通常最终会被扔进垃圾填埋场，现在你可以将它变成一种可以帮助人类的可用产品，”他说。“这正是我们支持循环经济所需的方法。我们需要找到方法，从各种不同的应用中回收废品，并将其转化为新产品。”