Smart svamp kunne rense oliespild

Et team ledet af Northwestern University har udviklet en meget porøs smart svamp, der selektivt opsuger olie i vand.

Med en evne til at absorbere mere end 30 gange sin vægt i olie, svampen kunne bruges til billigt og effektivt at rense olieudslip uden at skade livet i havet. Efter at have presset olien ud af svampen, det kan genbruges mange snesevis af gange uden at miste sin effektivitet.

"Olieudslip har ødelæggende og umiddelbare virkninger på miljøet, menneskers sundhed og økonomi, " sagde Northwesterns Vinayak Dravid, der ledede forskningen. "Selvom mange spild er små og måske ikke kommer i aftennyhederne, de er stadig dybt invasive for økosystemet og det omgivende samfund. Vores svamp kan afhjælpe disse spild på en mere økonomisk, effektiv og miljøvenlig måde end nogen af ​​de nuværende avancerede løsninger."

Forskningen blev offentliggjort i går (27. maj) i tidsskriftet Industriteknik og kemisk forskning .

Dravid er Abraham Harris professor i materialevidenskab og teknik ved Northwesterns McCormick School of Engineering. Vikas Nandwana, seniorforsker i Dravids laboratorium, er avisens første forfatter.

Oprydning af oliespild er en dyr og kompliceret proces, der ofte skader livet i havet og yderligere skader miljøet. I øjeblikket anvendte løsninger omfatter afbrænding af olien, bruge kemiske dispergeringsmidler til at nedbryde olie til meget små dråber, skumme olie, der flyder oven på vand og/eller absorberer det med dyre, ikke-genanvendelige sorbenter.

"Hver tilgang har sine egne ulemper, og ingen er bæredygtige løsninger, "Nandwana sagde. "Brænding øger kulstofemissioner og dispergeringsmidler er frygtelig skadelige for havets dyreliv. Skimmere virker ikke i hårdt vand eller med tynde lag olie. Og sorbenter er ikke kun dyre, men de genererer en enorm mængde fysisk affald - svarende til problemet med blelosseplads."

Den nordvestlige løsning omgår disse udfordringer ved selektivt at absorbere olie og efterlade rent vand og upåvirket havliv. Hemmeligheden ligger i en nanokompositbelægning af magnetiske nanostrukturer og et kulstofbaseret substrat, der er oleofilt (tiltrækker olie), hydrofob (modstår vand) og magnetisk. Nanokomposittens nanoporøse 3D-struktur interagerer selektivt med og binder sig til oliemolekylerne, opsamling og opbevaring af olien, indtil den er presset ud. De magnetiske nanostrukturer giver den smarte svamp to yderligere funktioner:kontrolleret bevægelse i nærvær af et eksternt magnetfelt og desorption af adsorberede komponenter, såsom olie, på en simuleret og fjern måde.

OHM (oleophobic hydrophobic magnetic) nanokompositopslæmningen kan bruges til at belægge enhver billig, kommercielt tilgængelig svamp. Forskerne påførte en tynd belægning af gyllen på svampen, pressede det overskydende ud og lod det tørre. Svampen omdannes hurtigt og nemt til en smart svamp (eller "OHM-svamp") med en selektiv affinitet til olie.

Vinayak og hans team testede OHM-svampen med mange forskellige typer råolier med varierende tæthed og viskositet. OHM-svampen absorberede konsekvent op til 30 gange sin vægt i olie, efterlader vandet. For at efterligne naturlige bølger, forskere satte OHM-svampen på en shaker nedsænket i vand. Selv efter kraftig rystning, svampen frigiver mindre end 1 % af den absorberede olie tilbage i vandet.

"Vores svamp virker effektivt under forskellige og ekstreme akvatiske forhold, der har forskellige pH- og saltindhold, " sagde Dravid. "Vi tror på, at vi kan løse et giga-ton problem med en nanoskala løsning."

"Vi er glade for at introducere sådanne smarte svampe som en miljøsaneringsplatform til selektivt at fjerne og genvinde forurenende stoffer i vand, jord og luft, såsom overskydende næringsstoffer, tungmetal forurenende stoffer, VOC/toksiner og andre, "Nandwana sagde. "Nanostrukturbelægningen kan skræddersyes til selektivt at adsorbere (og senere desorbere) disse forurenende stoffer."

Holdet arbejder også på en anden kvalitet af OHM-svamp, der selektivt kan absorbere (og senere genvinde) overskydende opløste næringsstoffer, såsom fosfater, fra gødningsafstrømning og landbrugsforurening. Stephanie Ribet, en ph.d. kandidat i Dravids laboratorium og papirmedforfatter forfølger dette emne. Holdet planlægger at udvikle og kommercialisere OHM-teknologi til miljøoprydning.