Forskere udvikler miljøvenlig pollensvamp til at håndtere vandforureninger

Et team af forskere ledet af Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har skabt en genanvendelig, bionedbrydeligt svamp, der let kan opsuge olie og andre organiske opløsningsmidler fra forurenede vandkilder, gør det til et lovende alternativ til at håndtere spild af marine olier.

Lavet af solsikkepollen, svampen er hydrofob - den afviser vand - takket være et lag naturligt fedtsyre på svampen. I laboratorieforsøg, forskerne viste svampens evne til at absorbere olieforureninger af forskellige tætheder, såsom benzin og motorolie, med en hastighed, der kan sammenlignes med den for kommercielle olieabsorberende stoffer.

Oliespild er vanskeligt at rydde op, og resultere i alvorlig langvarig skade på det marine økosystem. Konventionelle oprydningsmetoder, herunder brug af kemiske dispergeringsmidler til at nedbryde olie til meget små dråber, eller absorberer det med dyrt, uanvendelige materialer, kan forværre skaden.

Indtil nu, forskerne har konstrueret svampe, der måler 5 cm i diameter. Forskergruppen, bestående af forskere fra NTU Singapore og Sungkyunkwan University i Sydkorea, mener, at disse svampe, når skaleret op, kunne være et miljøvenligt alternativ til at håndtere spild af marine olier.

Professor Cho Nam-Joon fra NTU School of Materials Science and Engineering, der ledede undersøgelsen, sagde:"Ved at finjustere pollenets materielle egenskaber, vores team udviklede med succes en svamp, der selektivt kan målrette olie i forurenede vandkilder og absorbere den. Brug af et materiale, der findes rigeligt i naturen, gør også svampen overkommelig, bionedbrydeligt, og miljøvenlig. "

Denne undersøgelse bygger på NTU's arbejde med at finde nye anvendelser til pollen, kendt som diamant af planteriget for sit hårde ydre, ved at omdanne sin seje skal til mikrogelpartikler. Denne bløde, gellignende materiale bruges derefter som byggesten til en ny kategori af miljømæssigt bæredygtige materialer.

Sidste år, Prof Cho, sammen med NTU -præsident, professor Subra Suresh, ledet et forskerhold til at skabe et papirlignende materiale fra pollen som et grønnere alternativ til papir, der er skabt af træer. Dette 'pollenpapir' bøjer og krøller sig også som reaktion på ændrede niveauer af miljøfugtighed, en egenskab, der kan være nyttig for bløde robotter, sensorer, og kunstige muskler.

Prof Cho, der også har Materials Research Society of Singapore som formand for materialevidenskab og teknik, tilføjet:"Pollen, der ikke bruges til plantebestøvning, betragtes ofte som biologisk affald. Gennem vores arbejde, vi forsøger at finde nye anvendelser til dette 'affald' og gøre det til en naturressource, der kan fornyes, overkommelig, og bionedbrydeligt. Pollen er også biokompatibel. Det forårsager ikke en immunologisk, allergisk eller toksisk reaktion, når den udsættes for kropsvæv, gør den potentielt velegnet til applikationer såsom sårforbinding, proteser, og implanterbar elektronik. "

Resultaterne blev offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Avancerede funktionelle materialer i marts.

Bygger en svamp af pollen

For at danne svampen, NTU-teamet omdannede først de ultrahårde pollenkorn fra solsikker til en smidig, gel-lignende materiale gennem en kemisk proces, der ligner konventionel sæbefremstilling.

Denne proces omfatter fjernelse af den klæbrige oliebaserede pollencement, der dækker kornets overflade, før inkubering af pollen i alkaliske forhold i tre dage. Det resulterende gelignende materiale blev derefter frysetørret.

Disse processer resulterede i dannelsen af ​​pollensvampe med 3D -porøse arkitekturer. Svampene blev kortvarigt opvarmet til 200 ° C - et trin, der gør deres form og struktur stabil efter gentagne opsugninger og frigivelse af væsker. Opvarmning førte også til en dobbelt forbedring af svampens modstandsdygtighed over for deformation, fandt forskerne.

For at sikre, at svampen selektivt retter sig mod olie og ikke absorberer vand, forskerne belagt det med et lag stearinsyre, en type fedtsyre, der almindeligvis findes i animalsk og vegetabilsk fedt. Dette gør svampen hydrofob og bevarer dens strukturelle integritet.

Forskerne udførte olieabsorptionstest på pollensvampen med olier og organiske opløsningsmidler med forskellige tætheder, såsom benzin, pumpeolie, og n-hexan (et kemikalie, der findes i råolie).

De fandt ud af, at svampen havde en absorptionskapacitet i intervallet 9,7 til over 29,3 g/g. Dette kan sammenlignes med kommercielle polypropylenabsorberende stoffer, som er petroleumsderivater og har et absorptionskapacitetsinterval på 8,1 til 24,6 g/g.

De testede også svampen for dens holdbarhed og genanvendelighed ved gentagne gange at lægge den i blød i silikoneolie, derefter klemme olien ud. De fandt ud af, at denne proces kunne fortsætte i mindst 10 cykler.

I et sidste proof-of-concept eksperiment, holdet testede evnen af ​​en svamp 1,5 cm i diameter og 5 mm i højden til at absorbere motorolie fra en forurenet vandprøve. Svampen absorberede let motorolien på mindre end 2 minutter.

"I fællesskab, disse resultater viser, at pollensvampen selektivt kan absorbere og frigive olieforureninger og har lignende ydelsesniveauer som kommercielle olieabsorberende stoffer, samtidig med at den viser overbevisende egenskaber, såsom lave omkostninger, biokompatibilitet, og bæredygtig produktion, "sagde prof Cho, den tilsvarende forfatter til denne undersøgelse.

Fremadrettet, forskerne planlægger at skalere størrelsen på pollensvampe for at imødekomme branchens behov. De søger også at samarbejde med ikke-statslige organisationer og internationale partnere for at gennemføre pilottests med pollensvampe i virkelige miljøer.

"Vi håber, at vores innovative pollenmaterialer en dag kan erstatte meget brugt plast og hjælpe med at bremse det globale problem med plastforurening, "sagde prof Cho.