Composiet piëzo-elektrische materialen gewonnen uit gewone afvalproducten

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Jyh-Ming Wu van het Department of Materials Science and Engineering aan de National Tsing Hua University (NTHU) in Taiwan heeft onlangs twee samengestelde piëzo-elektrische materialen ontwikkeld die zijn gewonnen uit gewone afvalproducten. Een daarvan is een nieuw type katalysator dat wordt gewonnen uit afgedankte rijstschillen en in staat is industrieel afvalwater 90 keer sneller te behandelen dan de fotokatalysatoren die nu in gebruik zijn. De andere is een materiaal dat is gewonnen uit afgedankte inktvisbotten en is gebruikt om een ​​zelfreinigende transparante film te produceren die geschikt is voor gebruik als afdekking op schermen van mobiele telefoons, liftknoppen, deurgrepen, enz.

Organisch industrieel afvalwater wordt meestal behandeld met behulp van fotokatalysatoren; conventionele fotokatalysatoren hebben echter voldoende licht nodig en afvalwater is meestal niet erg transparant, waardoor het rendement meestal laag is. Met dit probleem in gedachten heeft het onderzoeksteam van Wu siliciumdioxide uit rijstschillen gehaald en vervolgens molybdeen en zwavel toegevoegd om een ​​piëzo-elektrisch materiaal van kwartscomposiet te produceren. Het materiaal kan in de afvalwaterleiding van een fabriek worden geïnjecteerd, waarbij de door de waterstroom gegenereerde druk helpt om de vervuiling te zuiveren zonder dat er licht nodig is.

Dit nieuwe type piëzo-elektrisch materiaal van kwartscomposiet is ook bestand tegen de moeilijk te behandelen kleurstoffen die aanwezig zijn in het afvalwater van textielfabrieken. Professor Wu demonstreerde dit door het kwartscomposietpoeder in een beker met water gekleurd met kleurstoffen te gieten en het te mengen door de beker voorzichtig te roeren; binnen een paar minuten is het water volkomen helder geworden.

Wu legde uit dat wat dit nieuwe materiaal zo effectief maakt, de toevoeging van molybdeen en zwavel tijdens het productieproces is; als gevolg hiervan groeien stukjes molybdeendisulfide op de kwartsstaaf – die het uiterlijk van een foelie krijgt – waardoor het contactoppervlak tussen het materiaal en het afvalwater toeneemt, waardoor de behandeling efficiënter wordt.

Wu benadrukte dat dit materiaal naast afvalwaterzuivering ook kan worden gebruikt om waterstof te produceren, dat kan worden opgevangen en gebruikt om energie te produceren; bovendien zijn deze piëzo-elektrische materialen herbruikbaar en biologisch afbreekbaar, wat een soort afvalwaterbehandeling oplevert die goedkoop, handig, effectief en milieuvriendelijk is.

Het werk van het onderzoeksteam is onlangs gepubliceerd in de internationale tijdschriften Geavanceerde materialen en Geavanceerde functionele materialen, en hun kwartscomposietmateriaal heeft al patenten ontvangen in Taiwan en de Verenigde Staten.

Het onderzoeksteam van Wu is er ook in geslaagd chitine uit inktvisbotten te extraheren en het te gebruiken om een ​​nieuw samengesteld piëzo-elektrisch materiaal te produceren dat geschikt is voor het produceren van een transparante film die zichzelf steriliseert wanneer het wordt aangeraakt, waardoor het zeer geschikt is als schermafdekking voor verschillende items in het openbaar plaatsen, zoals geautomatiseerde kaartautomaten.

Wu demonstreerde het ontsmettende effect van de film door een monster in te smeren met Escherichia coli, 25 minuten druk uit te oefenen, vervolgens de druk te verwijderen en vijf minuten te wachten. Na vijf herhalingen van deze procedure was de Escherichia coli met 76% verminderd.

De chitine die wordt gebruikt om dit nieuwe piëzo-elektrische materiaal te maken, kan ook worden gewonnen uit garnalenschelpen, krabschelpen en inktvisbotten, en het kan ook worden vervaardigd met behulp van bionische technologie. Door zijn geschiktheid voor het produceren van een zelfsteriliserende transparante film voor het afdekken van schermen, zoals die worden gebruikt op mobiele telefoons, kan dit nieuwe materiaal een sleutelrol spelen bij het bestrijden van de verspreiding van infectieziekten.