Riciclo di maschere chirurgiche in elettrodi a film sottile a base di carbonio per la tecnologia dei supercondensatori

Jul 17, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12146 (2023) Citare questo articolo

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Il polipropilene (PP), una plastica comunemente usata, viene utilizzato per realizzare gli strati esterni di una maschera chirurgica. Nel 2020, circa 3 miliardi di mascherine chirurgiche sono state smaltite nell’ambiente, causando un’enorme minaccia per la fauna selvatica, la vita acquatica e gli ecosistemi. In questo lavoro, abbiamo riportato la tecnica di solfonazione per stabilizzare le maschere chirurgiche e la loro conversione in nanoparticelle di carbonio per l'applicazione come elettrodo supercondensatore. L'elettrodo viene fabbricato preparando una pasta liquida di nanoparticelle di carbonio e incollandola su un tessuto indossabile conduttivo. Per studiare le prestazioni dell'elettrodo a film sottile di carbonio, vengono impiegate tecniche elettrochimiche. L'analisi della voltammetria ciclica (CV) eseguita a diverse velocità di scansione in un elettrolita KOH da 6 molari rivela che il film sottile di carbonio agisce come un elettrodo positivo. A 4 A g−1, l'elettrodo mostra una capacità specifica di 366,22 F g−1 e una ritenzione del 100% della capacità specifica per 8000 cicli. Un dispositivo asimmetrico a due elettrodi viene fabbricato utilizzando una pellicola sottile di carbonio come elettrodo positivo, una pellicola sottile di NiO come elettrodo negativo e un separatore KOH tra due elettrodi. Il dispositivo mostra una capacità specifica di 113,73 F g−1 a 1,3 A g−1 e accende un LED rosso per 6 minuti. Questo lavoro rappresenta un passo avanti verso il riciclo dei rifiuti prodotti dalle maschere chirurgiche utilizzate durante la pandemia di COVID-19 e la loro applicazione per lo stoccaggio di energia.

I materiali di scarto prodotti dalle famiglie e dalle industrie causano danni dannosi all’ambiente, alla fauna selvatica, agli animali acquatici e alla salute umana1. I materiali tossici presenti in questi rifiuti colpiscono gli organismi viventi nel suolo, nell'acqua e nell'aria. Tuttavia, recenti sviluppi hanno portato allo sfruttamento di questi materiali di scarto trasformandoli in risorse utili2. Nel 2019, la pandemia di COVID-19 ha colpito il mondo e una delle misure precauzionali è stata l’uso di mascherine chirurgiche. Ciò ha portato a un massiccio aumento della produzione di maschere per il viso in tutto il mondo3,4,5,6. Le mascherine chirurgiche sono materiali monouso realizzati in polipropilene (PP). Il PP è un tipo di plastica e il consumo estensivo di queste mascherine si aggiunge al problema dei rifiuti di plastica a livello globale7. Secondo una stima del National Geographic Magazine, nel 2020 sono state smaltite quotidianamente più di 3 miliardi di mascherine e il trend è proseguito per i successivi 2 anni8. Tutte queste mascherine chirurgiche a base di PP, se scaricate nell’ambiente, causano gravi minacce agli ecosistemi. Pertanto, è necessario affrontare questo problema e trovare soluzioni efficaci per riciclare o riciclare queste mascherine usate per lo sviluppo sostenibile. Una di queste soluzioni è la loro conversione in nanomateriali a base di carbonio (CNM). I CNM più comunemente utilizzati sono il grafene, il carbone attivo e i nanotubi di carbonio (CNT) e la loro produzione dai rifiuti ha varie potenziali applicazioni. I CNM hanno proprietà morfologiche, chimiche, meccaniche ed elettriche estremamente buone che aumentano significativamente la loro applicazione per lo sviluppo di sensori, supercondensatori, transistor, dispositivi fotoelettrici, ecc.9. Inoltre, i CNM vengono prodotti in modo semplice, efficiente ed economico utilizzando varie tecniche di sintesi10,11. Il polipropilene (PP) è stato ridotto a CNM tramite vari metodi chimici12,13. La produzione di CNM dai rifiuti (maschere) ridurrà significativamente la quantità di questi rifiuti nell’ambiente e aiuterà a pulire l’ambiente e gli ecosistemi.

In questo lavoro, abbiamo riportato la tecnica di solfonazione per stabilizzare le maschere facciali e la loro conversione in nanoparticelle di carbonio per l'applicazione come elettrodo supercondensatore. Gli strumenti di caratterizzazione standard vengono utilizzati per esaminare la morfologia, gli elementi costitutivi e i gruppi funzionali presenti nei materiali sintetizzati. Le prestazioni elettrochimiche degli elettrodi fabbricati e la loro applicazione al supercondensatore vengono analizzate utilizzando CV, carica o scarica galvanostatica (GCD) e spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS). Gli elettrodi sono fabbricati su un tessuto di cotone indossabile. L'elettrodo a film sottile di carbonio mostra buone prestazioni elettrochimiche, ovvero capacità specifica, stabilità ciclica, ritenzione di capacità, ecc. Questo lavoro è un passo avanti verso il riciclo dei rifiuti prodotti dalle maschere facciali utilizzate durante la pandemia di COVID-19 e la loro applicazione nella tecnologia dei supercondensatori. La ricerca contribuirà allo sviluppo di dispositivi di stoccaggio dell'energia e al risanamento ambientale. L'elettrodo a film sottile di carbonio riportato mostra un buon comportamento capacitivo rispetto ad alcuni lavori precedentemente pubblicati.