Riciclaggio e applicazioni sostenibili di circuiti stampati di scarto in applicazioni concrete e validazione utilizzando la metodologia della superficie di risposta

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 16509 (2023) Citare questo articolo

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La presente indagine mira a esaminare le proprietà meccaniche e di durabilità del calcestruzzo che è stato rinforzato con un circuito stampato di scarto (WPCB) verso un ambiente costruito a basse emissioni di carbonio. Ha valutato le caratteristiche fresche e indurite del calcestruzzo a basso contenuto di carbonio rinforzato con fibre WPCB, dopo un periodo di stagionatura di 7 e 28 giorni. La valutazione è stata effettuata quantificando slump, resistenza alla compressione, resistenza alla trazione divisa, resistenza alla flessione, assorbenza, test rapidi e acidi. Ha inoltre analizzato undici miscele di calcestruzzo discrete con fibre WPCB in una percentuale in peso compresa tra l'1 e il 5% nella miscela di cemento. I risultati indicano che l’incorporazione della fibra WPCB nel calcestruzzo ne migliora la resistenza meccanica. I risultati hanno rivelato che incorporando il 5% di fibra WPCB si sono ottenuti i risultati più favorevoli. Le proprietà del calcestruzzo fibrorinforzato WPCB sono state validate teoricamente attraverso la Response Surface Methodology (RSM), che impiega vari strumenti statistici e matematici per analizzare i dati sperimentali. I risultati derivati ​​da RSM sono stati confrontati con i risultati sperimentali. È stato riscontrato che il modello RSM ha dimostrato un elevato livello di precisione (R2 ≥ 0,98) nella convalida delle proprietà meccaniche del calcestruzzo fibroso WPCB. Il modello statistico non ha mostrato alcuna indicazione di bias di previsione e ha dimostrato un risultato statisticamente significativo, con un valore p inferiore a 0,5.

Nei tempi contemporanei, la questione della sostenibilità è emersa come una preoccupazione significativa per l’umanità, in particolare nell’ambiente costruito eco-compatibile (EFBE) in linea con i requisiti della Conferenza delle parti (COP27) e del Gruppo di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite (UNSDG). ). Sulla base di questa premessa, le risorse globali stanno costantemente diminuendo a causa della domanda di alloggi, mentre la popolazione umana sta registrando un rapido aumento. L'utilizzo efficiente delle risorse riveste un'importanza significativa a questo riguardo1,2,3,4,5. Sono stati fatti molti tentativi di riutilizzare i prodotti di scarto che creano rischi ambientali, come fibre e materiali di riempimento nel settore edile. Una breve revisione della letteratura indica che gli studi hanno tentato di incorporare materiali come cellule di semi di alberi della gomma, compositi di nanotubi di carbonio a base tessile, polvere di marmo di scarto, fibra di cocco, pneumatici di scarto di filo di acciaio riciclato, fibre di acciaio, ecc. Esistono anche tentativi di utilizzare materiale come l’olio motore usato e la plastica termoindurente per sviluppare calcestruzzo sostenibile6,7,8,9,10. Questi studi hanno dimostrato che è possibile ottenere un miglioramento delle caratteristiche prestazionali riutilizzando questi materiali di scarto fornendo un'opzione per lo sviluppo sostenibile attraverso prodotti ecologici11,12,13,14,15,16,17. I rifiuti elettronici (e-waste) vengono generati in maniera massiccia poiché ogni anno milioni di gadget elettronici diventano obsoleti18. Il Programma delle Nazioni Unite per l’Ambiente (UNEP) prevede che la quantità di rifiuti elettronici generati in India potrebbe aumentare del 500% nei prossimi dieci anni. La produzione globale di Rifiuti di Apparecchiature Elettriche (RAEE) è in aumento a causa della rapida obsolescenza tecnologica dei prodotti elettronici e della disponibilità di prodotti più nuovi a prezzi ragionevoli. I RAEE contengono numerosi metalli e composti sintetici economicamente preziosi e pericolosi per l'ambiente, ma sono anche composti da sostanze tossiche che rappresentano un pericolo significativo per l'ambiente e la società. I paesi sviluppati hanno incorporato leggi e regolamenti sul riutilizzo nelle loro politiche di gestione dei rifiuti elettrici ed elettronici, mentre i paesi in via di sviluppo sono rimasti indietro19. Nelle economie emergenti, le famiglie smaltiscono i RAEE attraverso uno smaltimento improprio, con conseguente inquinamento ambientale e rischi per la salute20. I materiali di scarto vengono spesso scartati nei campi vicini21,22. La cattiva gestione dei rifiuti elettronici porta a composti dannosi che contaminano l’ambiente locale, inclusi suoli, sedimenti, polvere e piante23. Anche i rifiuti solidi critici vengono smaltiti seguendo tecniche di smaltimento inadeguate24. I rifiuti elettronici generati dalle industrie e dalle famiglie di dispositivi elettrici ed elettronici sono costituiti da schermi a cristalli liquidi (LCD) (11,9%), personal computer (PC) (18,8%), telefoni cellulari (21,3%) e televisori a tubo catodico (CRT). (7%). Solo il 10% dei rifiuti elettronici viene riciclato. Questi rifiuti possono essere riciclati utilizzando varie tecnologie oppure smaltiti direttamente in discarica o in un inceneritore25. I rifiuti elettronici possono essere riciclati o riutilizzati, ma tecniche e attrezzature inadeguate per lo smaltimento possono danneggiare l’ambiente e gli esseri umani. Il riutilizzo consiste nel riutilizzare un prodotto per uno scopo diverso dal suo design originale. Il riutilizzo può essere effettuato utilizzando varie strategie di estensione della vita del prodotto, come la riparazione, il rinnovamento e la rifabbricazione. Il riutilizzo dei rifiuti elettronici può anche prolungare la durata del prodotto.