圖 回收過程

通過FCR將FRP升級回收為碳化硅。a，F(xiàn)CR過程中FRP升級回收的示意圖。第一步中的插圖：從杜瓦瓶拆卸和切碎的廢棄GFRP的圖片。第二步中的插圖：FCR反應(yīng)前（i）和反應(yīng)中（ii）樣本在石英管中的圖片。b，F(xiàn)CR過程中輸入電壓150伏和持續(xù)時間1秒的電流曲線。c，用紅外溫度計記錄的輸入電壓100伏（藍(lán)色）和150伏（紅色）下的實時溫度曲線。溫度計的檢測范圍是1000到3000°C。d，不同二氧化硅和碳比例下吉布斯自由能變化（ΔG）與溫度的關(guān)系。水平虛線表示ΔG為零。來源：《自然可持續(xù)性》（2024）。DOI: 10.1038/s41893-024-01287-w
        根據(jù)發(fā)表在《自然可持續(xù)性》雜志上的一項研究，萊斯大學(xué)的研究人員及其合作者開發(fā)了一種新的、能效高的升級回收方法，將玻璃纖維增強塑料（GFRP）轉(zhuǎn)化為廣泛用于半導(dǎo)體、砂紙和其他產(chǎn)品的碳化硅。

“GFRP用于制造非常大的物件，大多數(shù)情況下，我們將飛機的機翼結(jié)構(gòu)或風(fēng)力渦輪機的風(fēng)車葉片整體填埋在垃圾填埋場中，”萊斯大學(xué)的T.T.和W.F. Chao教授，化學(xué)及材料科學(xué)和納米工程學(xué)教授James Tour說?！耙赃@種方式處理GFRP是不可持續(xù)的。直到現(xiàn)在，還沒有好的方法來回收它?！?/p>

圖 玻纖風(fēng)電葉片

隨著監(jiān)管機構(gòu)增加壓力，要求修訂和改進(jìn)報廢車輛的回收實踐，迫切需要更好的方法來管理GFRP廢棄物雖然一些人嘗試開發(fā)使用焚燒或溶劑解析的方法來處理GFRP，但在Tour實驗室工作的博士后研究助理和萊斯學(xué)院初級研究員Yi Cheng表示，這些過程不夠理想，因為它們資源密集且會導(dǎo)致環(huán)境污染。
“這種材料的玻璃纖維表面有塑料，焚燒塑料會產(chǎn)生大量有毒氣體，”程說?！霸噲D溶解GFRP也存在問題，因為它可以從溶劑中產(chǎn)生大量酸性或堿性廢物。我們希望找到一種更環(huán)保的方式來處理這種材料?！?br style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;"/>Tour的實驗室已經(jīng)因開發(fā)使用閃光焦耳加熱的新型廢物處理和回收應(yīng)用而成為頭條新聞，這項技術(shù)通過在適度抗材料通過電流迅速加熱至極高溫度，從而將其轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)的技術(shù)。

Tour教授的實驗室利用這一技術(shù)，開發(fā)了將GFRP升級回收為碳化硅的新方法。碳化硅是一種廣泛用途的材料，包括在半導(dǎo)體、砂紙及其他產(chǎn)品中的應(yīng)用。這種升級回收方法不僅提供了一種處理GFRP廢棄物的可行途徑，而且還促進(jìn)了環(huán)保和資源的可持續(xù)利用。

2023年中國玻纖產(chǎn)量約為740萬噸，同比上升10.10%。近十年中國玻纖產(chǎn)量CAGR約為9.08%，高于全球產(chǎn)量復(fù)合增速，全球玻纖產(chǎn)能逐漸向中國轉(zhuǎn)移，2010-2023年，中國玻纖產(chǎn)量在全球占比從54%提升至66%。目前我國玻纖具有絕對的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，且技術(shù)日趨先進(jìn)。由于受國際貿(mào)易和新應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)，玻纖價格呈上漲趨勢。上漲原因就是電子紗的開拓以及玻纖大量出口，實際用于復(fù)材的玻纖反而變少，導(dǎo)致價格上漲。

國內(nèi)市場，中國三大玻纖企業(yè)年產(chǎn)能合計占到國內(nèi)產(chǎn)能的70%以上。尤其以中國巨石為代表的玻纖龍頭老大，產(chǎn)能位居全球第一，在國內(nèi)與全球產(chǎn)能占比分別達(dá)到36%與24%。國內(nèi)玻纖除中國巨石、泰山玻纖、重慶國際外，也涌現(xiàn)出其它例如山東玻纖、長海股份等知名企業(yè)。以中國為代表的玻纖企業(yè)迅速崛起，正不斷改變著世界玻纖格局。

圖 近年中國玻纖紗產(chǎn)量

為保障國內(nèi)玻璃纖維生產(chǎn)主要原料的穩(wěn)定供應(yīng)應(yīng)積極開展全球渠道，同時，探索玻璃纖維生產(chǎn)用原料的多元化供應(yīng)，包括使用鋰礦渣、煤矸石等工業(yè)固廢。

組織開展碳減排系列標(biāo)準(zhǔn)研制工作，開展玻璃纖維行業(yè)碳排放解剖“麻雀”專項研究課題等工作。促進(jìn)粗紗/細(xì)沙池窯單位產(chǎn)品能耗從2007年1tce/t減少至2023年0.25/0.35tce/t。從基于機器換人的無人車間，轉(zhuǎn)向基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化賦能，注重提升智能預(yù)測和智能決策能力。淘汰低端落后產(chǎn)能持續(xù)征集行業(yè)落后產(chǎn)能線索并移交生態(tài)環(huán)境部，爭取多方聯(lián)動，有效壓縮低端落后產(chǎn)能生存土壤。推動產(chǎn)業(yè)集群高質(zhì)量發(fā)展發(fā)揮骨干企業(yè)區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群鏈主創(chuàng)新引領(lǐng)作用，實施地方特色產(chǎn)業(yè)集群高質(zhì)量發(fā)展培育實踐計劃。拓展行業(yè)發(fā)展新領(lǐng)域新賽道積極推動光伏用玻纖制品市場應(yīng)用拓展。推動安全防護(hù)用玻纖制品市場應(yīng)用拓展。積極推動建筑外墻保溫用玻璃纖維網(wǎng)格布市場規(guī)范化建設(shè)。玻纖增強塑料廢舊制品循環(huán)利用解決方案玻璃纖維拉絲生產(chǎn)過程中，熔融好的玻璃液經(jīng)過拉絲漏板拉絲成型，因拉絲中斷產(chǎn)生的未涂覆浸潤劑的玻璃絲，已完全實現(xiàn)回窯再生。玻璃纖維及制品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的未經(jīng)污染的表面涂有浸潤劑的紗線及其織物余料，經(jīng)扯松、開清、短切等工藝處理后可用于玻纖制品的生產(chǎn)。主要包括機頭絲、絲餅內(nèi)外圈、布邊條、氈邊絲等，已制定相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，也已完全實現(xiàn)回窯再生。玻纖行業(yè)正在積極探索玻纖增強復(fù)合材料廢舊制品回玻纖池窯再生利用技術(shù)，作為行業(yè)實現(xiàn)材料循環(huán)再生利用問題的兜底技術(shù)，解除下游應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诓＠w增強復(fù)合材料廢舊制品回收再利用問題的擔(dān)憂，塑造行業(yè)發(fā)展新動能新優(yōu)勢！

研究人員開發(fā)的玻璃纖維增強塑料(GFRP)到碳化硅轉(zhuǎn)換的新方法，不僅解決了GFRP廢棄物處理的難題，還為循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展提供了新的思路。這一創(chuàng)新技術(shù)通過閃電焦耳加熱，將GFRP轉(zhuǎn)化為廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、砂紙等產(chǎn)品的碳化硅，展現(xiàn)了廢棄物利用和資源回收的巨大潛力。

隨著技術(shù)的不斷成熟和規(guī)?；a(chǎn)的實現(xiàn)，預(yù)計這種轉(zhuǎn)換方法將大幅降低GFRP的處理成本，同時減少環(huán)境污染。這種高效、低成本、環(huán)境友好的轉(zhuǎn)換技術(shù)有望推動GFRP廢棄物的廣泛回收利用，為半導(dǎo)體工業(yè)等領(lǐng)域提供高質(zhì)量的碳化硅原料。

未來，這項技術(shù)的推廣和應(yīng)用將促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，支持可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，為解決全球環(huán)境問題貢獻(xiàn)力量。通過不斷創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，我們可以期待一個資源高效循環(huán)利用、環(huán)境更加清潔的未來。

信息來源：Phys.Org

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