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Recycling of High-Value-Added Aramid Nanofibers from Waste Aramid Resources via a Feasible and Cost-Effective Approach
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2021-03-22 , DOI: 10.1021/acsnano.1c00463 Bin Yang 1, 2 , Weiwei Li 1 , Meiyun Zhang 1 , Lin Wang 1 , Xueyao Ding 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2021-03-22 , DOI: 10.1021/acsnano.1c00463 Bin Yang 1, 2 , Weiwei Li 1 , Meiyun Zhang 1 , Lin Wang 1 , Xueyao Ding 1
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High-performance aramid fibers are extensively applied in the civil and military fields. A great deal of waste aramid resources originating from the manufacturing process, spare parts, or end of life cycle are wrongly disposed (i.e., landfill, smash, fibrillation), causing a waste of valuable resources as well as severe environmental pollution. Although aramid nanofibers (ANFs) have recently been recently reported as one of the most promising building blocks due to their excellent properties, they suffer from an extremely high production expenditure, thereby greatly hindering their scale-up application. Herein, in this paper, from a resources-saving and cost-reductional perspective, we present a feasible top-down approach to recycle high value-added ANFs with an affordable cost from various waste aramid resources. The results indicate that although the reclaimed ANFs have a molecular weight reduction of 8.1% compared with the recycled aramid fibers, they still exhibit a molecular weight of 43.0 kg·mol–1 that represents the highest value compared to other methods. It is noteworthy that the fabrication cost of ANFs is significantly reduced (∼7 times) due to the reclamation of waste aramid fibers instead of the expensive virgin aramid fibers. The obtained ANFs show impressive tensile strength (149.2 MPa) and toughness (10.43 MJ·m–3), excellent thermal stabilities (Td of 542 °C), and a high specific surface area (65.2 m2·g–1), which endows them to be promising candidates for constructing advanced materials. Compared to the aramid pulp obtained by the traditional recycling method, ANFs show significant advantages in dimensional homogeneity, aspect ratio, dispersibility, film-forming property, and especially the excellent properties of the ANF film. In addition, the scale-up preparation of ANFs from the recycled waste aramid fibers is carried out, demonstrating it is highly economically viable. Therefore, this work provides a highly feasible and cost-effective recycle system to reclaim the waste aramid resources together with significantly reducing the preparation cost of ANFs.
中文翻译：
通过可行和具有成本效益的方法从废芳纶资源中回收高附加值的芳纶纳米纤维
高性能芳纶纤维广泛应用于民用和军事领域。来自生产过程，零件或生命周期结束的大量废芳纶资源被错误处置（即，垃圾填埋，粉碎，原纤化），造成宝贵资源的浪费以及严重的环境污染。尽管最近已报道芳族聚酰胺纳米纤维（ANFs）由于其优异的性能而成为最有前途的组成部分之一，但是它们遭受了非常高的生产支出，从而极大地阻碍了其扩大规模的应用。本文中，本文从节约资源和降低成本的角度出发，提出了一种可行的自上而下的方法，可以以可承受的成本从各种芳纶废料中回收高附加值的ANF。结果表明，尽管再生的ANFs与回收的芳纶纤维相比，分子量降低了8.1％，但它们的分子量仍为43.0 kg·mol –1与其他方法相比，它代表了最高的价值。值得注意的是，由于废旧芳纶纤维而不是昂贵的原始芳纶纤维的回收，ANFs的制造成本显着降低（约7倍）。将所得到的ANFs显示令人印象深刻的拉伸强度（兆帕149.2）和韧性（10.43 MJ·米-3），优良的热稳定性（Ť d的542℃），和高的比表面积（65.2米2 ·克-1），这使它们成为制造高级材料的有希望的候选人。与通过传统回收方法获得的芳纶纸浆相比，ANF在尺寸均匀性，长宽比，分散性，成膜性，尤其是ANF膜的优异性能方面显示出明显的优势。另外，已经从回收的芳族聚酰胺废纤维中按比例扩大了ANF的制备范围，这证明了它在经济上是可行的。因此，这项工作提供了一种高度可行且具有成本效益的回收系统，以回收废芳纶资源，同时大大降低了ANFs的制备成本。
更新日期：2021-04-28
中文翻译：
通过可行和具有成本效益的方法从废芳纶资源中回收高附加值的芳纶纳米纤维
高性能芳纶纤维广泛应用于民用和军事领域。来自生产过程，零件或生命周期结束的大量废芳纶资源被错误处置（即，垃圾填埋，粉碎，原纤化），造成宝贵资源的浪费以及严重的环境污染。尽管最近已报道芳族聚酰胺纳米纤维（ANFs）由于其优异的性能而成为最有前途的组成部分之一，但是它们遭受了非常高的生产支出，从而极大地阻碍了其扩大规模的应用。本文中，本文从节约资源和降低成本的角度出发，提出了一种可行的自上而下的方法，可以以可承受的成本从各种芳纶废料中回收高附加值的ANF。结果表明，尽管再生的ANFs与回收的芳纶纤维相比，分子量降低了8.1％，但它们的分子量仍为43.0 kg·mol –1与其他方法相比，它代表了最高的价值。值得注意的是，由于废旧芳纶纤维而不是昂贵的原始芳纶纤维的回收，ANFs的制造成本显着降低（约7倍）。将所得到的ANFs显示令人印象深刻的拉伸强度（兆帕149.2）和韧性（10.43 MJ·米-3），优良的热稳定性（Ť d的542℃），和高的比表面积（65.2米2 ·克-1），这使它们成为制造高级材料的有希望的候选人。与通过传统回收方法获得的芳纶纸浆相比，ANF在尺寸均匀性，长宽比，分散性，成膜性，尤其是ANF膜的优异性能方面显示出明显的优势。另外，已经从回收的芳族聚酰胺废纤维中按比例扩大了ANF的制备范围，这证明了它在经济上是可行的。因此，这项工作提供了一种高度可行且具有成本效益的回收系统，以回收废芳纶资源，同时大大降低了ANFs的制备成本。
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