Een team onder leiding van de Northwestern University heeft een zeer poreuze slimme spons ontwikkeld die selectief olie in water opneemt.

Met een vermogen om meer dan 30 keer zijn gewicht aan olie te absorberen, de spons kan worden gebruikt om op goedkope en efficiënte wijze olievlekken op te ruimen zonder het leven in zee te schaden. Nadat u de olie uit de spons hebt geperst, het kan vele tientallen keren worden hergebruikt zonder zijn effectiviteit te verliezen.

"Olielozingen hebben verwoestende en onmiddellijke gevolgen voor het milieu, menselijke gezondheid en economie, " zei Vinayak Dravid van Northwestern, die het onderzoek leidde. "Hoewel veel lekkages klein zijn en misschien niet het avondnieuws halen, ze zijn nog steeds diepgaand invasief voor het ecosysteem en de omliggende gemeenschap. Onze spons kan deze lekkages op een meer economische, efficiënte en milieuvriendelijke manier dan alle huidige state-of-the-art oplossingen."

Het onderzoek is gisteren (27 mei) gepubliceerd in het tijdschrift Industriële techniek en chemisch onderzoek .

Dravid is de Abraham Harris Professor of Materials Science and Engineering aan de Northwestern's McCormick School of Engineering. Vikas Nandwana, een senior onderzoeksmedewerker in het laboratorium van Dravid, is de eerste auteur van de krant.

Het opruimen van olievlekken is een duur en gecompliceerd proces dat vaak het leven in zee schaadt en het milieu verder schaadt. Momenteel gebruikte oplossingen zijn onder meer het verbranden van de olie, het gebruik van chemische dispergeermiddelen om olie af te breken in zeer kleine druppeltjes, skimming-olie die op water drijft en/of absorbeert met dure, niet-recyclebare sorptiemiddelen.

"Elke aanpak heeft zijn eigen nadelen en geen enkele zijn duurzame oplossingen, " Zei Nandwana. "Verbranding verhoogt de CO2-uitstoot en dispergeermiddelen zijn vreselijk schadelijk voor het zeeleven. Skimmers werken niet in ruw water of met dunne olielagen. En sorptiemiddelen zijn niet alleen duur, maar ze genereren een enorme hoeveelheid fysiek afval - vergelijkbaar met het probleem met het storten van luiers."

De noordwestelijke oplossing omzeilt deze uitdagingen door selectief olie te absorberen en schoon water en onaangetast zeeleven achter te laten. Het geheim ligt in een nanocomposietcoating van magnetische nanostructuren en een op koolstof gebaseerd substraat dat oleofiel is (olie trekt), hydrofoob (bestand tegen water) en magnetisch. De nanoporeuze 3D-structuur van het nanocomposiet interageert selectief met en bindt aan de oliemoleculen, het opvangen en opslaan van de olie totdat deze eruit wordt geperst. De magnetische nanostructuren geven de slimme spons twee extra functionaliteiten:gecontroleerde beweging in aanwezigheid van een extern magnetisch veld en desorptie van geadsorbeerde componenten, zoals olie, gesimuleerd en op afstand.

De OHM (oleofobe hydrofobe magnetische) nanocomposietsuspensie kan worden gebruikt om elke goedkope, in de handel verkrijgbare spons. De onderzoekers brachten een dunne laag van de slurry aan op de spons, het overtollige eruit knijpen en laten drogen. De spons wordt snel en eenvoudig omgezet in een slimme spons (of "OHM-spons") met een selectieve affiniteit voor olie.

Vinayak en zijn team hebben de OHM-spons getest met veel verschillende soorten ruwe oliën met verschillende dichtheid en viscositeit. De OHM-spons absorbeert consequent tot 30 keer zijn gewicht in olie, het water achterlaten. Om natuurlijke golven na te bootsen, onderzoekers zetten de OHM-spons op een shaker ondergedompeld in water. Zelfs na krachtig schudden, de spons geeft minder dan 1% van zijn geabsorbeerde olie terug in het water.

"Onze spons werkt effectief in diverse en extreme aquatische omstandigheden met verschillende pH- en zoutgehaltes, "Zei Dravid. "We geloven dat we een probleem van gigaton kunnen aanpakken met een oplossing op nanoschaal."

"We zijn verheugd om zulke slimme sponzen te introduceren als een platform voor milieusanering voor het selectief verwijderen en terugwinnen van verontreinigende stoffen die aanwezig zijn in water, bodem en lucht, zoals overtollige voedingsstoffen, zware metaalverontreinigingen, VOS/toxines en andere, " Zei Nandwana. "De nanostructuurcoating kan worden aangepast om deze verontreinigende stoffen selectief te adsorberen (en later te desorberen). "

Het team werkt ook aan een andere kwaliteit OHM-spons die selectief overtollige opgeloste voedingsstoffen kan absorberen (en later herstellen), zoals fosfaten, van mestafvoer en landbouwvervuiling. Stephanie Ribet, een doctoraat kandidaat in het laboratorium van Dravid en co-auteur van papier volgt dit onderwerp. Het team is van plan om OHM-technologie te ontwikkelen en op de markt te brengen voor milieusanering.