Polymeerwetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen en NHL Stenden Hogeschool, zowel in Nederland, hebben een polymeermembraan ontwikkeld van biobased appelzuur. Het is een superamfifiel vitrimeer epoxyharsmembraan dat kan worden gebruikt om water en olie te scheiden. Dit membraan is volledig recyclebaar. Wanneer de poriën worden geblokkeerd door vervuilingen, het kan worden gedepolymeriseerd, gereinigd en vervolgens in een nieuw membraan geperst. Een paper waarin de creatie van dit membraan wordt beschreven, is gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen op 7 maart, 2021.

Hoe ruim je een olievlek in water op? Dit is een hele uitdaging. Superamfifiele membranen, die zowel olie als water "liefhebben", zijn een veelbelovende oplossing, maar nog niet erg praktisch. Deze membranen zijn vaak niet robuust genoeg voor gebruik buiten de laboratoriumomgeving en de membraanporiën kunnen verstopt raken door vervuiling door algen en zand. Chongnan Ye en Katja Loos van de Rijksuniversiteit Groningen en Vincent Voet en Rudy Folkersma van NHL Stenden gebruikten een relatief nieuw type polymeer om een ​​membraan te creëren dat zowel sterk als gemakkelijk te recyclen is.

Dynamisch netwerk

In recente jaren, de onderzoekers van beide instituten hebben de handen ineen geslagen om vitrimere kunststoffen te onderzoeken, polymeermaterialen die de mechanische eigenschappen en chemische weerstand hebben van een thermohardende kunststof. Echter, vitrimeerkunststoffen kunnen zich ook gedragen als een thermoplast, omdat ze kunnen worden gedepolymeriseerd en hergebruikt. Dit betekent dat een vitrimeer kunststof alle eigenschappen heeft om een ​​goed membraan te maken voor het saneren van olievlekken. "Verder, het is gemaakt van appelzuur, een natuurlijk monomeer, ’ vult Loos aan.

"De polymeren in het vitrimeer zijn op een omkeerbare manier verknoopt, ", legt Voet uit. "Ze vormen een dynamisch netwerk, waardoor recycling van het membraan mogelijk wordt." Het vitrimeer wordt geproduceerd door base-gekatalyseerde ringopeningspolymerisatie tussen ongerept en epoxy-gemodificeerd biobased appelzuur. De polymeren worden vermalen tot een poeder door kogelmalen en omgezet in een poreus membraan door het proces van sinteren.

Zowel water als olie zullen zich verspreiden over het resulterende superamfifiele membraan. Bij een olieramp, er is veel meer water aanwezig dan olie, wat betekent dat het membraan bedekt is met water dat vervolgens door de poriën kan gaan. Voet:"De waterfilm op het oppervlak van het membraan houdt de olie uit de poriën en wordt gescheiden van het water."

Het membraan is stevig genoeg om olie uit het water te filteren. Wanneer zand en algen de poriën verstoppen, het membraan kan worden gedepolymeriseerd en opnieuw gemaakt uit de bouwstenen na verwijdering van de verontreinigende stoffen. "We hebben dit getest op laboratoriumschaal van enkele vierkante centimeters, ", zegt Loos. "En we zijn ervan overtuigd dat onze methoden schaalbaar zijn, zowel voor de polymeersynthese als voor de productie en recycling van het membraan." De wetenschappers hopen dat een industriële partner de verdere ontwikkeling oppakt.

Het creëren van dit nieuwe membraan voor de sanering van olievlekken toont de kracht van samenwerking tussen een onderzoeksuniversiteit en een hogeschool. "Een tijdje geleden, we besloten dat de polymeergroepen bij de twee instituten één moesten worden, door studenten te delen, personeel en faciliteiten. We zijn onlangs gestart met de eerste hybride onderzoeksgroep in Nederland, ", legt Loos uit. Dit maakt het makkelijker om toepassingen te vinden voor nieuw ontworpen materialen. Voet voegt toe, "Polymeerchemici streven ernaar om moleculaire structuren te koppelen aan materiaaleigenschappen en toepassingen. Ons hybride onderzoeksteam heeft de ervaring om precies dat te doen."