7. ManufacturingWhen speaking about

7. Manufacturing
When speaking about ‘‘sol–gel’’, the term ‘‘science’’ is often
associated with the term ‘‘technology’’. The main advantage of
this synthetic route is to allow easy shaping of the final oxidebased materials, and the sol–gel process thus appears as an
important liquid-phase manufacturing techniques among the
so-called bottom-up approaches, for a large range of nanomaterials (particles, thin films, coatings, membranes, fibres or
bulk materials). The literature is rather scarce regarding life cycle
assessment (LCA) of sol–gel derived products; however many
researchers, who have addressed life cycle aspects of nanoproducts, agree that the manufacturing phase is a major
contributor to the life cycle impacts.
206
The authors would like to
illustrate through selected publications, which are not restricted
to the case study of silica, the current analysis that can be found
on the environmental impacts of nanomanufacturing methods.
Indeed many concerns have been raised regarding the human and
ecological health effects of nanoproducts, but little attention has
been given to the manufacturing phase. Top-down production
methods are the most commonly used approaches today for
nanoproducts, and it is generally believed that such techniques
are more waste-producing that bottom-up techniques, that are
often considered as the ultimate tools for sustainable
manufacturing as they allow for the customized design of reactions and processes at the molecular level, thus minimizing
unwanted waste.
206
An interesting evaluation of a series of nanotechnological
production methods (chemical vapour deposition (CVD), physical vapour deposition (PVD), flame-assisted deposition, sol–gel
process, precipitation and lithography) was published.
207
Sol–gel
processes performed very satisfactorily in terms of facility
installation cost, since it involves rather basic chemical process
engineering (compared for example to lithography) and energy
input (considered as low). The potential for release of nanoparticle emissions during the production stage was estimated
low-to-medium regarding the workplace since the process takes
place within liquid medium, but also low-to-medium regarding
the environment since discharge of nanomaterials is possiblevia
polluted process media and wastewater. It is however noticed
that discharge might be purified with adequate technology.
During the product use, potential for release of nanoparticles is
low if nanoparticles are encapsulated in the end-product within
a fixed layer and medium if the end-product shows no long-term
stability.
In the course of the same study, life cycle assessment (LCA) was
also performed to describe the ecological efficiency potentials of
nanotechnology-based coating processes.
208
The case study concerned corrosion protective coatings on aluminium. Corrosion
prevention has high economic as well as ecological relevance.
209
On
aluminium, conventional coating technology requires the use of
chromium, and chromium(VI) salts are known human carcinogens. A newly developed nanocoating based on sol–gel technology
was compared to conventional coatings, such as waterborne,
solventborne, and powder coat industrial coatings. In this case, the
sol–gel coating was an organic–inorganic hybrid polymer, based
on organosilanes. The assessment was carried out for the entire life
cycle of the varnish, including surface pre-treatment: extraction of
raw materials, production of basic components, varnish production, surface pre-treatment, varnishing, use stage application
phase, disposal/recycling. The conclusion of this study was that
sol–gel-based coatings show great potential for a very high degree
of the improvement of eco-efficiency with respect to all emissions
and environmental effects (VOCs, greenhouse gases). It also allows
a simplified surface pre-treatment process, avoiding chromating.
Additionally, the same level of functionality can be reached for
much lower thicknesses.
Sol–gel technology is also important for nanoparticle production for which exists a large offer of almost any composition at
more and more competitive prices. But lower prices require more
careful analysis of energy requirements in the possible process,
and may enable both economically and ecologically safe choice
of the required technology. An interesting confrontation was
published
210
between liquid-based precipitation processes
considered as traditional processes, and newer dry processes such
as flame- or plasma assisted particle synthesis. Life cycle inventory
was achieved using the emissions of CO2equivalents
211
and energy
balances as indicators. Emergence of new nanoparticulate materials repeatedly speculated than dry processes are more economic
and environmentally friendlier that their wet counterparts due to
fewer process steps. But indeed, in terms of energy requirement,
product composition strongly influences the selection of the
preferred method of manufacturing. The study focused on titania
and zirconia nanoparticles. CO2 emission for TiO2 production
was estimated to 4 kg kg
1
TiO2 starting from titanium
tetrachloride and to 15 kg kg
1
TiO2starting from titanium isopropoxide. For zirconia, these numbers are 5 and 9 kg kg
1
respectively. The authors of this study concluded that what they
called traditional wet processes based on salts (chlorides or
sulfates) excel in terms of efficiency over dry processes based on
organic precursors, especially for metal oxide nanoparticles of
light elements with high valency. The purpose of this analysis that
was to compare energy consumption during nanoparticle
production, indeed demonstrated the importance of the choice of
precursors in terms of energy requirements.
Through those selected examples, it is clear that sustainable
development of nanotechnology will inevitably require incorporation of life cycle thinking to analyze the environmental
impact of nanomanufacturing.

Kết quả (Việt) 2:

7. Sản xuất
Khi nói về '' sol-gel '', thuật ngữ '' khoa học '' thường được
kết hợp với các thuật ngữ '' công nghệ ''. Ưu điểm chính của
đường tổng hợp này là để cho phép dễ dàng tạo dáng của vật liệu oxidebased thức, và các quá trình sol-gel do vậy có vẻ như là một
kỹ thuật sản xuất chất lỏng giai đoạn quan trọng trong những
cái gọi là phương pháp tiếp cận từ dưới lên, cho một phạm vi rộng lớn của vật liệu nano (hạt, màng mỏng, sơn, màng, sợi hoặc các
vật liệu rời). Tài liệu là khá khan hiếm về vòng đời
đánh giá (LCA) của sol-gel sản phẩm có nguồn gốc; Tuy nhiên nhiều
nhà nghiên cứu, người ta đã giải quyết các khía cạnh chu kỳ cuộc sống của nanoproducts, đồng ý rằng giai đoạn sản xuất là một yếu
tố góp phần vào sự tác động của chu kỳ cuộc sống.
206
Các tác giả muốn để
minh họa thông qua các ấn phẩm được lựa chọn, mà không bị giới hạn
vào việc nghiên cứu trường hợp của silica, phân tích hiện tại có thể được tìm thấy
trên các tác động môi trường của các phương pháp nanomanufacturing.
Thực tế nhiều mối lo ngại về con người và
ảnh hưởng sức khỏe sinh thái của nanoproducts, nhưng ít chú ý đã
được trao cho các giai đoạn sản xuất. Sản xuất Top-down
phương pháp là phương pháp thông dụng nhất hiện nay cho
nanoproducts, và nó thường được cho là công nghệ như
có nhiều chất thải sản xuất mà từ dưới lên kỹ thuật, mà
thường được xem như là công cụ cuối cùng cho bền vững
sản xuất khi họ cho phép thiết kế tùy chỉnh các phản ứng và các quá trình ở mức độ phân tử, do đó giảm thiểu
chất thải không mong muốn.
206
Một đánh giá thú vị của một loạt các nanotechnological
phương pháp sản xuất (lắng đọng hơi hóa học (CVD), lắng đọng hơi vật lý (PVD), ngọn lửa hỗ trợ lắng đọng, sol-gel
quy trình, lượng mưa và in thạch bản) đã được công bố.
207
Sol-gel
quá trình thực hiện rất tốt trong điều kiện của cơ sở
chi phí cài đặt, vì nó liên quan đến quá trình hóa học khá cơ bản
kỹ thuật (ví dụ để so lithography) và năng lượng
đầu vào (được coi là thấp). Tiềm năng cho phát thải hạt nano trong giai đoạn sản xuất được ước tính
thấp đến trung bình liên quan đến nơi làm việc kể từ khi quá trình này cần
diễn ra trong môi trường lỏng, nhưng cũng thấp đến trung bình liên quan đến
môi trường từ xả vật liệu nano là possiblevia
phương tiện truyền thông quá trình ô nhiễm và nước thải. Tuy nhiên nó được nhận thấy
rằng xả có thể được tinh sạch bằng công nghệ thích hợp.
Trong việc sử dụng sản phẩm, tiềm năng cho phát hành của các hạt nano là
thấp nếu các hạt nano được gói gọn trong sản phẩm cuối cùng trong
một lớp cố định và trung bình nếu sản phẩm cuối cùng cho thấy không có lâu dài
ổn định.
Trong quá trình nghiên cứu này, đánh giá vòng đời (LCA) đã được
thực hiện cũng để mô tả hiệu quả tiềm năng sinh thái của
quá trình sơn công nghệ nano dựa trên.
208
nghiên cứu điểm này ăn mòn lớp phủ bảo vệ có liên quan về nhôm. Ăn mòn
phòng có liên quan về kinh tế cũng như sinh thái cao.
209
On
nhôm, công nghệ sơn thông thường yêu cầu sử dụng của
crom và crom (VI) muối được biết đến gây ung thư của con người. Một công nghệ phủ nano mới được phát triển dựa trên công nghệ sol-gel
được so sánh với lớp phủ thông thường, chẳng hạn như đường nước,
dung môi, và áo bột sơn công nghiệp. Trong trường hợp này, các
lớp phủ sol-gel là một polymer hữu cơ hybrid-vô cơ, dựa
trên organosilanes. Việc đánh giá được thực hiện cho toàn bộ cuộc sống
chu kỳ của dầu bóng, bao gồm cả mặt trước điều trị: khai thác
nguyên liệu, sản xuất của các thành phần cơ bản, sản xuất sơn, bề mặt trước khi điều trị, véc ni, ứng dụng giai đoạn sử dụng
giai đoạn, xử lý / tái chế. Các kết luận của nghiên cứu này là
lớp phủ sol-gel dựa trên cho thấy tiềm năng to lớn cho một mức độ rất cao
của việc cải thiện hiệu quả sinh thái đối với tất cả các khí thải có
và ảnh hưởng môi trường (VOCs, khí nhà kính). Nó cũng cho phép
một quá trình tiền xử lý bề mặt đơn giản, tránh Chromating.
Ngoài ra, cùng một mức độ chức năng có thể đạt được cho
độ dày thấp hơn nhiều.
công nghệ Sol-gel cũng là quan trọng đối với sản xuất hạt nano mà tồn tại một đề nghị lớn của hầu hết các sáng tác tại
hơn và cạnh tranh hơn giá. Nhưng mức giá thấp hơn đòi hỏi nhiều
phân tích cẩn thận các yêu cầu năng lượng trong quá trình có thể,
và có thể cho phép cả hai sự lựa chọn an toàn về mặt kinh tế và sinh thái
của các công nghệ cần thiết. Một cuộc đối đầu thú vị đã được
công bố
210
giữa các quá trình kết tủa chất lỏng dựa trên
coi như quy trình truyền thống, và các quá trình khô mới hơn như
là sự tổng hợp hạt hỗ trợ sinh lửa, sinh plasma. Hàng tồn kho chu kỳ cuộc sống
đã đạt được bằng cách sử dụng khí thải của CO2equivalents
211
và năng lượng
dư như các chỉ số. Sự xuất hiện của vật liệu nanoparticulate mới liên tục suy đoán là các quy trình khô này kinh tế
và thân thiện với môi trường mà các đối tác của họ ướt do
quá trình bước ít hơn. Nhưng thực sự, về nhu cầu năng lượng,
thành phần sản phẩm có ảnh hưởng mạnh mẽ việc lựa chọn các
phương pháp ưa thích của sản xuất. Nghiên cứu này tập trung vào titanic
và zirconia hạt nano. Khí thải CO2 để sản xuất TiO2
được ước tính 4 kg kg
? 1
TiO2 từ titan
tetraclorua và 15 kg kg
? 1
TiO2starting từ titan isopropoxide. Đối với zirconia, những con số này là 5 và 9 kg kg
? 1
tương ứng. Các tác giả của nghiên cứu này đã kết luận rằng những gì họ
gọi là quá trình ướt truyền thống dựa trên các muối (clorua hay
sunfat) vượt trội về hiệu quả các quá trình khô dựa trên
tiền chất hữu cơ, đặc biệt là cho các hạt nano oxit kim loại của
các yếu tố ánh sáng có hóa trị cao. Mục đích của phân tích này
là so sánh mức tiêu thụ năng lượng trong các hạt nano
sản xuất, thực sự đã chứng minh tầm quan trọng của sự lựa chọn của
tiền chất về nhu cầu năng lượng.
Thông qua những ví dụ được lựa chọn, rõ ràng là bền vững
phát triển của công nghệ nano chắc chắn sẽ đòi hỏi phải kết hợp của chu kỳ cuộc sống suy nghĩ để phân tích môi trường
tác động của nanomanufacturing.