Reciclagem de máscaras cirúrgicas em eletrodo de filme fino à base de carbono para tecnologia de supercapacitor

Jun 23, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12146 (2023) Citar este artigo

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O polipropileno (PP), um plástico comumente usado, é usado para fazer as camadas externas de uma máscara facial cirúrgica. Em 2020, cerca de 3 mil milhões de máscaras cirúrgicas foram eliminadas no ambiente, causando uma enorme ameaça à vida selvagem, à vida aquática e aos ecossistemas. Neste trabalho, relatamos a técnica de sulfonação para estabilização de máscaras faciais cirúrgicas e sua conversão em nanopartículas de carbono para aplicação como eletrodo supercapacitor. O eletrodo é fabricado preparando uma pasta de nanopartículas de carbono e colando-a em um tecido condutor vestível. Para investigar o desempenho do eletrodo de filme fino de carbono, são empregadas técnicas eletroquímicas. A análise de Voltametria Cíclica (CV) realizada em diferentes taxas de varredura em um eletrólito KOH 6 molar revela que o filme fino de carbono atua como um eletrodo positivo. A 4 A g-1, o eletrodo apresenta uma capacitância específica de 366,22 F g-1 e 100% de retenção da capacitância específica por 8.000 ciclos. Um dispositivo assimétrico de dois eletrodos é fabricado usando filme fino de carbono como eletrodo positivo, filme fino de NiO como eletrodo negativo e um separador de KOH entre dois eletrodos. O dispositivo mostra uma capacitância específica de 113,73 F g-1 a 1,3 A g-1 e acende um LED vermelho por 6 min. Este trabalho é um passo para a reciclagem dos resíduos produzidos a partir de máscaras cirúrgicas utilizadas durante a pandemia de COVID-19 e sua aplicação para armazenamento de energia.

Os resíduos produzidos pelas famílias e pelas indústrias causam danos prejudiciais ao meio ambiente, à vida selvagem, aos animais aquáticos e à saúde humana1. Os materiais tóxicos presentes nesses resíduos afetam os organismos vivos no solo, na água e no ar. No entanto, desenvolvimentos recentes levaram à exploração destes resíduos em recursos úteis2. Em 2019, a pandemia da COVID-19 atingiu o mundo e uma das medidas de precaução foi o uso de máscaras cirúrgicas. Isto levou a um aumento maciço na produção de máscaras faciais em todo o mundo3,4,5,6. As máscaras faciais cirúrgicas são materiais descartáveis ​​feitos de polipropileno (PP). O PP é um tipo de plástico e o consumo extensivo destas máscaras contribuiu para a questão do desperdício global de plástico7. Segundo estimativa da revista National Geographic, em 2020, mais de 3 mil milhões de máscaras foram descartadas diariamente e a tendência persistiu durante os 2 anos seguintes8. Todas essas máscaras cirúrgicas à base de PP, quando descartadas no meio ambiente, causam sérias ameaças aos ecossistemas. Assim, é necessário abordar esta questão e encontrar soluções eficazes para reciclar ou reciclar estas máscaras faciais usadas para o desenvolvimento sustentável. Uma dessas soluções é a sua conversão em nanomateriais à base de carbono (CNMs). Os CNMs mais comumente usados ​​são grafeno, carvão ativado e nanotubos de carbono (CNTs) e sua produção a partir de resíduos tem diversas aplicações potenciais. Os CNMs possuem propriedades morfológicas, químicas, mecânicas e elétricas extremamente boas que aumentam significativamente sua aplicação no desenvolvimento de sensores, supercapacitores, transistores, dispositivos fotoelétricos, etc.9. Além disso, os CNMs são produzidos de forma fácil, eficiente e econômica, utilizando diversas técnicas de síntese . O polipropileno (PP) foi reduzido a CNMs através de vários métodos químicos12,13. A produção de MNC a partir de resíduos (máscaras) reduzirá significativamente a quantidade destes resíduos no ambiente e ajudará a limpar o ambiente e os ecossistemas.

Neste trabalho, relatamos a técnica de sulfonação para estabilização de máscaras faciais e sua conversão em nanopartículas de carbono para aplicação como eletrodo supercapacitor. As ferramentas de caracterização padrão são utilizadas para examinar a morfologia, os elementos constituintes e os grupos funcionais presentes nos materiais sintetizados. O desempenho eletroquímico dos eletrodos fabricados e sua aplicação em supercapacitores são analisados ​​​​por CV, Carga ou Descarga Galvanostática (GCD) e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS). Os eletrodos são fabricados em tecido de algodão usável. O eletrodo de filme fino de carbono apresenta bom desempenho eletroquímico, ou seja, capacitância específica, estabilidade cíclica, retenção de capacitância, etc. Este trabalho é um passo para a reciclagem dos resíduos produzidos a partir das máscaras faciais utilizadas durante a pandemia de COVID-19 e sua aplicação na tecnologia de supercapacitores. A pesquisa ajudará no desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia, bem como na remediação ambiental. O eletrodo de filme fino de carbono relatado apresenta bom comportamento capacitivo em comparação com alguns trabalhos publicados anteriormente.