南加州大学的研究人员开发了一种新工艺，可升级回收汽车面板和轻轨车辆中出现的复合材料，解决当前交通和能源领域的环境挑战。该研究最近发表在《美国化学会杂志》上。

南加州大学多恩西夫文学、艺术与科学学院的化学教授特拉维斯·威廉姆斯（Travis Williams）说，“我不确定是否有可能完全回收复合材料”。“虽然这些材料在制造节能汽车方面非常出色，但复合材料的问题在于我们没有切实可行的回收途径，因此这些材料最终都被填埋了”。

该研究中展示的化学反应是Williams与南加州大学维特比工程学院MCGill 复合材料中心的Steven Nutt教授、南加州大学Alfred E. Mann药学和制药科学学院的Clay CC Wang教授以及美国加州大学伯克利分校的Berl Oakley合作进行的。堪萨斯大学的一种新方法表明，复合材料可以以保持材料完整性的方式回收和再循环。

日常材料

碳纤维是由碳原子构成的细纤维；它们非常轻，但具有非常高的拉伸强度和刚度，非常适合制造。聚合物基体是一种类似塑料的刚性材料（例如环氧树脂、聚酯或乙烯基树脂），充当粘合剂；聚合物将碳纤维固定在一起并赋予复合材料形状。

CFRP，即碳纤维增强聚合物，是一种结合了碳纤维和聚合物成分的复合材料。威廉姆斯说：“这项研究展示了第一个成功的方法，可以从碳纤维和CFRP 材料的聚合物基体中回收高价值。”

Williams说，“如果你环顾世界，你会发现碳纤维复合材料无处不在”“它们在我的自行车、我的汽车和我邻居的假肢里。”复合材料是大规模制造中最常用的材料之一。汽车和飞机的结构板以及许多其他部件越来越多地使用碳纤维增强塑料制造。

“碳纤维增强塑料面临的挑战是你无法熔化它们或重新粘合它们，这使得它们在使用寿命结束时难以分离和回收，”Williams说。事实上，适用于约1%复合材料废物的唯一可用回收方法是烧掉聚合物基体。

南加州大学维特比分校的化学工程教授Nutt对这一策略表示反对，他说：“基质是一种我们不想牺牲的工程材料。”

可持续方法

预测表明，到2030年，6,000-8,000架含有复合材料的商用飞机将达到使用寿命，到2050年，退役的风力涡轮机将产生 483,000 吨复合材料废物。威廉姆斯表示，他的实验室的升级回收方法为日益严重的废物问题提供了可持续的解决方案：“我们的方法有潜力在回收和化学制造领域创造新的价值链，同时显着减少复合材料对环境的影响。”

升级回收方法节省了CFRP的碳纤维，这是该材料坚固耐用的部分。这些纤维保持良好状态，团队展示了如何在新制造中重复使用它们，保持超过97%的原始强度。该方法是第一个成功地从碳纤维复合材料的基体和碳纤维部分中获得价值的方法，将废物转化为有用的产品并减少环境危害。

真菌溶液

生物技术对于从废弃的聚合物基质中回收价值至关重要。研究人员还引入了一种特殊类型的真菌，称为构巢曲霉，它首先是在堪萨斯大学贝尔奥克利实验室设计的。南加州大学研究小组发现，在纤维回收反应将聚合物切碎成苯甲酸后，这种真菌可以从复合基质中重建材料，然后将苯甲酸用作真菌的食物来源，以生产一种称为OTA的化学物质（（2Z,4Z,6E）-八-2,4,6-三烯酸）使用这种真菌的工程菌株。

“OTA可用于制造具有潜在医疗应用的产品，例如抗生素或抗炎药，”南加州大学曼恩教授兼药理学和药物科学系主任、联合研究员王说。“这一发现很重要，因为它展示了一种新的、更有效的方法，可以将以前被认为是废弃的材料变成可用于医学的有价值的东西。”

这种升级回收方法不仅展示了利用真菌对废料进行生物催化升级的潜力，而且还突出了一种通过将纤维和基体成分回收为高价值产品来回收复合材料的新方法。

Williams说：“随着对碳纤维增强塑料的需求持续增长，这一突破出现在关键时刻。”“预计未来几十年CFRP废物将显着增加，这一概念为可持续材料管理提供了一个有前景的解决方案。”