如今,碳纤维材料在工业领域的应用日益广泛,其身影遍布从运动器材到航空航天器的各个角落。然而,随着全球碳纤维年产量的飙升,科学家们面临着巨大的挑战:如何有效地回收这种材料,同时确保其成本效益和环境友好性。
碳纤维,这一由碳原子链结合而成的编织材料,与环氧树脂或聚苯乙烯等基体紧密结合,使得其回收利用变得尤为棘手。科学家们需要找到一种方法,既能回收利用碳纤维层,又能溶解基质,同时避免产生有毒或浪费的副产品。
最近,《美国化学学会杂志》上的一项新研究为我们提供了新的思路。该研究介绍了一种创新的生物技术工艺,其中科大的奥克利教授与南加州大学的合作者共同开发了一种化学程序。这一程序能够有效地分解和去除碳纤维增强聚合物(CFRP)中的基质,从而使得回收的碳纤维层展现出与原始制造基质相当的机械性能。
更为值得一提的是,基质分解的主要产物之一是苯甲酸。为了进一步回收更多的价值,奥克利教授又培育出了一种转基因黑曲霉。这种黑曲霉能够在苯甲酸的作用下转化生成一种名为 OTA(2Z,4Z,6E)-辛-2,4,6-三烯酸的宝贵化合物。奥克利教授及其合作者在论文中指出,这标志着首个能够从CFRP的纤维织物和聚合物基体中回收高价值物质的系统诞生。
奥克利与南加州大学的克雷-王(Clay Wang)长期合作,共同致力于研究黑曲霉中次生代谢物的生产。次生代谢物是真菌产生的具有生物活性的化合物,如青霉素,它们能够抑制竞争对手,而阿斯佩林途径正是这一研究的重要成果。阿斯佩林作为一种次级代谢产物,其生产途径的开启为我们带来了一种新的、高效的转化方式。研究发现,OTA是该途径的中间产物,它具有潜在的价值,可用于制造抗生素或消炎药等具有医疗用途的产品。
Wang在南加州大学的声明中指出,这一发现具有重要意义,因为它开辟了一种新的转化途径,将以往被视为废料的东西转化为有价值的产品,进一步推动了医药领域的发展。奥克利表示,他们将致力于提升特化真菌的效率,并探索在工业规模上应用这种新方法的可行性和盈利能力。他透露,实验室已经开发出比原始菌株更优秀的菌株,这些新菌株有望带来更好的结果,但仍需进一步努力将这一过程融入改良菌株中。
此外,昆士兰大学的研究生科里-詹金森也参与了这项研究。在南加州大学,Wang的团队还包括Clarissa Olivar、Zehan Yu、Ben Miller、Maria Tangalos、Steven Nutt和Travis Williams等多位合作者。他们的共同努力为碳纤维回收利用开辟了新的道路。