Laserbehandlet kork absorberer olie til kulstofneutral havrensning

Olieudslip er dødelige katastrofer for havets økosystemer. De kan have varig indvirkning på fisk og havpattedyr i årtier og skabe kaos på kystnære skove, koralrev og det omkringliggende land. Kemiske dispergeringsmidler bruges ofte til at nedbryde olie, men de øger ofte toksiciteten i processen.

I Anvendt fysikbreve , brugte forskere fra Central South University, Huazhong University of Science and Technology og Ben-Gurion University of the Negev laserbehandlinger til at omdanne almindelig kork til et kraftfuldt værktøj til behandling af olieudslip.

De ønskede at skabe en ugiftig, effektiv olierensningsløsning ved hjælp af materialer med et lavt CO2-fodaftryk, men deres beslutning om at prøve kork var resultatet af en overraskende opdagelse.

"I et andet lasereksperiment fandt vi ved et uheld ud af, at befugtningen af ​​korken, der blev behandlet ved hjælp af en laser, ændrede sig betydeligt og fik superhydrofobe (vandafvisende) og superoleofile (olietiltrækkende) egenskaber," sagde forfatter Yuchun He. "Efter passende justering af behandlingsparametrene blev overfladen af ​​korken meget mørk, hvilket fik os til at indse, at det kunne være et fremragende materiale til fototermisk konvertering."

"Ved at kombinere disse resultater med de miljøvenlige, genanvendelige fordele ved kork, tænkte vi på at bruge det til oprydning af olieudslip," sagde forfatter Kai Yin. "Så vidt vi ved, har ingen andre prøvet at bruge kork til at rydde op i olieudslip fra havet."

Kork kommer fra barken af ​​korkegetræer, som kan leve i hundreder af år. Disse træer kan høstes cirka hvert syvende år, hvilket gør kork til et fornybart materiale. Når barken fjernes, forstærker træerne deres biologiske aktivitet for at erstatte den og øger deres kulstoflagring, så høst af kork hjælper med at mindske kulstofemissioner.

Forfatterne testede variationer af en hurtigpulserende laserbehandling for at opnå den optimale balance af egenskaber i korken, som kan opnås til lave omkostninger.

De undersøgte nøje nanoskopiske strukturelle ændringer og målte forholdet mellem ilt og kulstof i materialet, ændringer i de vinkler, som vand og olie kommer i kontakt med overfladen med, og materialets lysbølgeabsorption, refleksion og emission over hele spektret for at bestemme dets holdbarhed efter flere cyklusser af opvarmning og afkøling.

De fototermiske egenskaber, der er udstyret med kork gennem denne laserbehandling, gør, at korken hurtigt opvarmes i solen. De dybe riller øger også overfladearealet, der udsættes for sollys, så proppen kan opvarmes med kun lidt sollys på 10-15 sekunder. Denne energi bruges til at varme spildt olie op, hvilket sænker dens viskositet og gør det lettere at opsamle. I eksperimenter opsamlede den laserbehandlede kork olie fra vandet inden for to minutter.

Laserbehandlingerne hjælper ikke kun med at absorbere olie bedre, men arbejder også på at holde vand ude.

"Når korken gennemgår en hurtigt pulserende laserbehandling, bliver dens overflademikrostruktur mere ru," sagde Yin. "Denne ruhed på mikro- til nanoniveau øger hydrofobiciteten."

Som følge heraf opsamler proppen olien uden at absorbere vand, så olien kan udvindes fra proppen og muligvis endda genbruges.

"Olieindvinding er en kompleks og systematisk opgave, og at deltage i olieindvinding gennem hele dens livscyklus er vores mål," sagde Yuchun He. "Det næste trin er at forberede elektrotermiske materialer ved hjælp af polyurethanskum som skelet til olieadsorption, ved at kombinere fototermiske og elektrotermiske teknikker for at danne et oliegenvindingssystem til alle slags vejr."

Flere oplysninger: Femtosekund laserstruktureret sort superhydrofob kork til effektiv soldrevet oprensning af råolie, Applied Physics Letters (2024). DOI:10.1063/5.0199291

Journaloplysninger: Anvendt fysikbreve

Leveret af American Institute of Physics