将金属废物升级为多用途气凝胶的环保技术

金属是世界上使用最广泛的材料之一，它们用于炊具，工具，电器，电线，计算机芯片，珠宝等。随着对金属产品需求的增长，至关重要的是，要促进可持续和环境友好的方法来回收金属废物，以帮助减少经济中使用金属对环境的影响。

回收金属废料的常规方法消耗大量能源，其中一些方法还会在铝回收过程中产生对环境有害的副产物，例如氨和甲烷。

为了应对这一挑战，新加坡国立大学(NUS)的一组研究人员展示了一种新的生态友好技术，该技术可以将铝和镁废料转化为高价值的多功能气凝胶。这种升级方法可以应用于各种形式的动力形式的金属废料，例如金属芯片和电子废料。

“与传统的金属废物回收方法相比，我们的方法更便宜，不产生任何有害废物，消耗更少的能源并且对环境更加友好。使用我们独特的制造技术生产的金属基气凝胶具有很高的热稳定性和机械稳定性。因此，它们是在高温或高机械冲击的恶劣环境中隔热和隔音的有前途的候选者。我们还在探索此类气凝胶的新用途，例如生物医学应用。”研究小组负责人Duong Hai-Minh副教授解释说。国立大学机械工程系。

Duong副教授及其团队取得的最新技术突破是基于他们在使用不同类型的废料(例如塑料，纺织品，纸张，菠萝叶以及其他类型的食品和农业废料)开发气凝胶方面的早期成功。

简单，低成本的制造工艺

NUS团队已经开发出一种简单的制造工艺来制造金属基气凝胶。首先将金属废料磨成粉末，然后与化学交剂混合。将混合物在烤箱中加热，冷冻，然后冷冻干燥以产生气凝胶。该过程可能会略有不同，具体取决于所涉及的金属废物。平均而言，将粉末状金属废料转变成气凝胶大约需要1-3天，而使用传统的生产气凝胶的方法则需要3到7天。

简单的过程还意味着可以以更低的成本生产金属基气凝胶。使用NUS团队开发的技术，一块尺寸为1平方米，厚度为1厘米的金属基气凝胶的生产成本不到10.50新元，是市售二氧化硅气凝胶价格的一半。

金属基气凝胶可作为通用建筑材料

气凝胶具有高吸收性，极轻，并且具有出色的隔热和隔音功能。在他们早期的研究中，Duong副教授及其团队表明，气凝胶的性质可以通过在化学物质上进行涂层来改变，例如，它们可以变得防水或防火。

在他们的最新工作中，NUS团队发现了金属基气凝胶的令人兴奋的新应用。一种有前途的应用将被用作轻质建筑材料。

“我们的铝气凝胶比传统混凝土轻30倍，并且隔热效果比传统混凝土好21倍。在混合阶段添加光纤时，我们可以制造出半透明的铝气凝胶，作为建筑材料，它可以改善自然采光，减少照明能耗半透明的混凝土还可以用于建造人行道和减速带，并在夜间亮起，以提高行人和道路交通的安全性。”

与商业半透明混凝土(LiTraCon)相比，由NUS团队创建的半透明铝质气凝胶的重量轻了六倍，隔热性提高了六倍，价格便宜了120倍。

铝气凝胶涂有一种称为甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)的化学物质时，可以排斥水，成为一种自清洁的建筑材料，当与水接触时，很容易将污垢或碎屑洗掉。

金属基气凝胶还适合用作防火板，建筑物和管道系统中的隔热材料，吸收室内环境中的空气传播污染物以及溢油清理。

用于细胞培养的金属基气凝胶

NUS团队也正在考虑将气凝胶用于生物医学应用。

“我们目前正在与商业伙伴合作，测试我们的铝气凝胶作为细胞培养的微载体。。微载体是用于固定和生长细胞的微型珠子。我们的首次试验是在干细胞上进行的，使用的细胞系通常用于测试药品和化妆品，结果令人鼓舞。”

为了用作微载体，铝气凝胶被研磨成粉末，并添加到细胞和生长介质(包括营养素，抗生素和生长补剂)的混合物中。将细胞在培养箱中在37摄氏度下培养12天。然后去除微载体，并收获细胞以用于各种用途。

“经过12天的培养，我们的实验获得了70%的产率。这是使用气凝胶成功生长细胞的第一个成功例证。我们需要进行更多的研究，以优化培养条件并满足生物相容性要求。这是一个令人振奋的发展， “这将为非常规应用中气凝胶的广泛使用打开大门，例如测试药物和化妆品，疫苗开发和组织工程。” Duoc副教授解释说。

NUS团队最近于2021年2月22日在《材料循环与废物管理杂志》上发表了使用铝废物制造气凝胶的工作。Duong副教授及其团队也正在与行业合作伙伴进行讨论，以将基于金属的制造技术商业化气凝胶。

在研究的下一阶段，NUS团队还正在研究开发金属基气凝胶，用于要求极高耐温性的应用，例如应用。

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