Nanorørsvamp har potentiale til oprydning af oliespild

(Phys.org) - En carbon nanorørsvamp, der kan opsuge olie i vand med enestående effektivitet, er blevet udviklet ved hjælp af beregningssimuleringer udført på Department of Energy's (DOE's) Oak Ridge National Laboratory.

Kulstof nanorør, som består af atom-tykke plader af kul rullet ind i cylindre, har fanget videnskabelig opmærksomhed i de seneste årtier på grund af deres høje styrke, potentiel høj ledningsevne og lav vægt. Men at producere nanorør i bulk til specialiserede applikationer var ofte begrænset af vanskeligheder med at kontrollere vækstprocessen samt at sprede og sortere de producerede nanorør.

ORNLs Bobby Sumpter var en del af et multi-institutionelt forskerhold, der satte sig for at dyrke store klumper af nanorør ved selektivt at substituere boratomer i det ellers rene kulstofgitter. Sumpter og Vincent Meunier, nu ved Rensselaer Polytekniske Institut, udført simuleringer på supercomputere, inklusive Jaguar på ORNL's Leadership Computing Facility, at forstå, hvordan tilsætning af bor ville påvirke kulstofnanorørstrukturen.

"Hver gang du sætter et andet atom inde i det sekskantede carbongitter, som er et kyllingetrådlignende netværk, du forstyrrer det netværk, fordi disse atomer ikke nødvendigvis ønsker at være en del af hønsetrådstrukturen, " sagde Sumpter. "Bor har et andet antal valenselektroner, hvilket resulterer i krumningsændringer, der udløser en anden type vækst."

Simuleringer og laboratorieforsøg viste, at tilføjelsen af ​​boratomer opmuntrede til dannelsen af ​​såkaldte "albue"-forbindelser, der hjælper nanorørene med at vokse til et 3-D-netværk. Holdets resultater offentliggøres i Nature Videnskabelige rapporter .

"I stedet for en skov af lige rør, du skaber en indbyrdes forbundet, vævet svampelignende materiale, " sagde Sumpter. "Fordi det er forbundet, det bliver tredimensionelt stærkt, i stedet for kun endimensionelt stærk langs røraksen."

Yderligere eksperimenter viste holdets materiale, som er synligt for det menneskelige øje, er ekstremt effektiv til at optage olie i forurenet havvand, fordi det tiltrækker olie og afviser vand.

"Den elsker kulstof, fordi det primært er kulstof, "Sumpter sagde." Afhængigt af densiteten af ​​olie til vandindhold og densiteten af ​​svampenettet, det vil absorbere op til 100 gange sin vægt i olie. "

Materialets mekaniske fleksibilitet, magnetiske egenskaber, og styrke giver det yderligere appel som en potentiel teknologi til at hjælpe med oprydning af olieudslip, siger Sumpter.

"Du kan genbruge materialet igen og igen, fordi det er så robust, " sagde han. "Brænding af det nedsætter ikke dets evne til at absorbere olie væsentligt, og at klemme den som en svamp skader den heller ikke."

Materialets magnetiske egenskaber, forårsaget af holdets brug af en jernkatalysator under vækstprocessen for nanorør, betyder, at den let kan kontrolleres eller fjernes med en magnet i et olieoprydningsscenario. Denne evne er en forbedring i forhold til eksisterende stoffer, der bruges til fjernelse af olie, som ofte efterlades efter oprydning og kan forringe miljøet.

Eksperimentholdet har indsendt en patentansøgning på teknologien gennem Rice University. Forskningen er publiceret som "Kovalent bundne tredimensionelle carbon nanorør faste stoffer via borinducerede nanojunctions, " og er tilgængelig online.