四川大学等:使用退役风力涡轮机叶片制备多功能超疏水涂层
2025-04-21 17:20:38 作者:涂料驿站 来源:涂料驿站 分享至:

 

随着早期安装的风力涡轮机的使用寿命(通常为20-25年)接近尾声,风力涡轮机(WT)的叶片即将退役。众所周知,WT叶片主要由玻璃纤维或碳纤维增强的环氧树脂(GFRP/CFRP)组成,废环氧树脂的三维交联网络使其不易变形和溶解,对回收构成了重大挑战。实际上,GFRP的回收利用一度被认为是不可行的。目前估计表明,每年将产生约200万吨WT叶片,预计到2050年全球将有惊人的4300万吨被丢弃,这无疑引发了严重的环境问题。目前,大规模处理废弃WT叶片的主要方法仍然是焚烧和填埋,这两种方法都会对环境造成严重污染,浪费宝贵资源。与此同时,这些方法被认为是不可持续的,与循环经济碳中和原则相矛盾。因此,迫切需要为风力涡轮机(WT)叶片设计创新和可持续的回收方法,这与最大限度地减少环境足迹和提高资源循环性的双重目标保持一致。

为了缓解可持续能源基础设施中使用的热固性复合材料固有的可回收性挑战,特别是针对WT叶片,近年来提出了一系列创新的回收方法。这些方法包括机械回收技术(如研磨、破碎和粉碎)、化学过程(如水解、糖酵解和溶剂分解)和热处理(如热解、热分解和流化床工艺)。尽管这些方法具有潜力,但面临一些局限性,如高基础设施进入壁垒,极端操作条件(如极高温)以及原材的严格选择性,从环境和经济角度来看,这些方法不太适合大规模应用。特别是,从玻璃纤维增强聚合物中回收玻璃纤维通常被认为效率低下的,因为回收材料的能源需求高,经济价值低。因此,对环氧树脂及其复合材料的环保和高效回收策略的需求变得越来越迫切。虽然机械回收被认为具有成本效益和可扩展性,但回收的玻璃纤维存在机械性能下降(如强度降低)和物理限制(如纤维尺寸减小)的问题,使其不适合高应力结构应用。目前,小型WT叶片废料通常被重新用于低附加值的应用,如建筑构件、混凝土填料团状膜塑料。因此,将机械回收与特定的功能增强相结合,为WT叶片废料的再利用提供了一种有前景的策略。这种方法可以使材料回收与市场需求协调一致,提供可持续的回收解决方案。

受大自然的启发,人造超疏水表面因其在自清洁、防腐、防霜/结冰、油水分离等领域的潜在应用而引起了人们的极大兴趣。因此,大量的研究致力于开发超疏水技术。尽管取得了显著的进步,但为了满足严格的工业要求,开发具有优异的抗刺穿性、机械鲁棒性和长寿命的超疏水涂层仍然是一个重大挑战。

近期,四川大学杨双桥团队、中国石化北京化工研究院利用退役风力涡轮机(WT)叶片,成功制备了一种多功能超疏水涂层

首先,使用自行设计的固态剪切铣削(S3M)设备回收退役的风力涡轮机(WT)叶片制备微米和亚微米级的废玻璃纤维和环氧粉末(WGE),通过硅烷化巯基-烯点击化学对这些WGE粉末进行有机改性,然后通过两步喷涂法制得超疏水涂层(EP/S@WGE@Kh)。

该涂层的水接触角为162.0±1.0°,滚转角为6.0±0.5°,表面自由能低至1.05mN/m。与纯环氧涂层相比,该涂层的冻结时间延长了5倍,表现出优异的防冰性能。此外,该涂层还具有优异的自清洁机械稳定性耐久性化学稳定性。因此,本研究为退役WT叶片增值回收提供了一种有前景的策略,为进一步研究和实际应用提供了重要机会。



超疏水材料设计示意图













超疏水材料设计示意图



涂层制备工艺













EP/S@WGE@Kh涂层制备工艺示意图。




数据来源与出处


 

相关研究成果以“Upcycling wind turbine blades into durable Super-Hydrophobic coating for High-Efficiency Anti-Icing application”为标题发表在《Chemical Engineering Journal》上。

免责声明:本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有,如果涉及侵权,请第一时间联系本网删除。

    标签:
相关文章
无相关信息