Een team van wetenschappers onder leiding van de Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) heeft een herbruikbare, biologisch afbreekbare spons die gemakkelijk olie en andere organische oplosmiddelen uit verontreinigde waterbronnen kan opnemen, waardoor het een veelbelovend alternatief is voor het aanpakken van olielozingen op zee.

Gemaakt van zonnebloempollen, de spons is hydrofoob - hij stoot water af - dankzij een laag natuurlijk vetzuur op de spons. Bij laboratoriumexperimenten, de wetenschappers toonden het vermogen van de spons om olieverontreinigingen van verschillende dichtheden te absorberen, zoals benzine en motorolie, met een snelheid die vergelijkbaar is met die van commerciële olie-absorberende middelen.

Olielozingen zijn moeilijk op te ruimen, en leiden tot ernstige langdurige schade aan het mariene ecosysteem. Conventionele schoonmaakmethoden, inclusief het gebruik van chemische dispergeermiddelen om olie op te splitsen in zeer kleine druppeltjes, of absorberen met dure, niet-recyclebare materialen, kan de schade verergeren.

Tot dusver, de onderzoekers hebben sponzen ontworpen met een diameter van 5 cm. Het onderzoeksteam, bestaande uit wetenschappers van NTU Singapore en Sungkyunkwan University in Zuid-Korea, gelooft dat deze sponzen, wanneer opgeschaald, een milieuvriendelijk alternatief zou kunnen zijn om olielozingen op zee aan te pakken.

Professor Cho Nam-Joon van de NTU School of Materials Science and Engineering, die de studie leidde, zei:"Door de materiaaleigenschappen van stuifmeel te verfijnen, ons team heeft met succes een spons ontwikkeld die zich selectief kan richten op olie in verontreinigde waterbronnen en deze kan absorberen. Het gebruik van een materiaal dat overvloedig in de natuur voorkomt, maakt de spons ook betaalbaar, biologisch afbreekbaar, en milieuvriendelijk."

Deze studie bouwt voort op NTU's oeuvre over het vinden van nieuwe toepassingen voor pollen, bekend als de diamant van het plantenrijk vanwege zijn harde buitenkant, door zijn harde omhulsel om te zetten in microgeldeeltjes. Deze zachte, gelachtig materiaal wordt vervolgens gebruikt als bouwsteen voor een nieuwe categorie milieuvriendelijke materialen.

Vorig jaar, Prof Cho, samen met NTU-voorzitter Professor Subra Suresh, leidde een onderzoeksteam om een ​​papierachtig materiaal te maken van stuifmeel als een groener alternatief voor papier gemaakt van bomen. Dit 'stuifmeelpapier' buigt en krult ook als reactie op veranderende niveaus van omgevingsvochtigheid, een eigenschap die nuttig kan zijn voor zachte robots, sensoren, en kunstmatige spieren.

Prof Cho, die ook de leerstoel Materials Research Society of Singapore in Materials Science and Engineering bekleedt, toegevoegd:"Stuifmeel dat niet voor plantenbestuiving wordt gebruikt, wordt vaak als biologisch afval beschouwd. Door ons werk, we proberen nieuwe toepassingen voor dit 'afval' te vinden en er een natuurlijke hulpbron van te maken die hernieuwbaar is, betaalbaar, en biologisch afbreekbaar. Stuifmeel is ook biocompatibel. Het veroorzaakt geen immunologische, allergische of toxische reactie bij blootstelling aan lichaamsweefsels, waardoor het mogelijk geschikt is voor toepassingen zoals wondverband, protheses, en implanteerbare elektronica."

De bevindingen zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Geavanceerde functionele materialen in maart.

Een spons bouwen van stuifmeel

Om de spons te vormen, het NTU-team transformeerde eerst de ultrasterke stuifmeelkorrels van zonnebloemen in een buigzaam, gelachtig materiaal door middel van een chemisch proces vergelijkbaar met het maken van conventionele zeep.

Dit proces omvat het verwijderen van het kleverige, op olie gebaseerde stuifmeelcement dat het oppervlak van de korrel bedekt, voordat het stuifmeel drie dagen in alkalische omstandigheden wordt geïncubeerd. Het resulterende gelachtige materiaal werd vervolgens gevriesdroogd.

Deze processen resulteerden in de vorming van stuifmeelsponzen met 3D-poreuze architecturen. De sponzen werden kort verwarmd tot 200°C - een stap die hun vorm en structuur stabiel maakt na herhaaldelijk absorberen en vrijgeven van vloeistoffen. Verwarming leidde ook tot een tweevoudige verbetering van de weerstand van de spons tegen vervorming, vonden de wetenschappers.

Om ervoor te zorgen dat de spons zich selectief op olie richt en geen water opneemt, de wetenschappers bedekten het met een laag stearinezuur, een type vetzuur dat veel voorkomt in dierlijk en plantaardig vet. Dit maakt de spons hydrofoob met behoud van zijn structurele integriteit.

De wetenschappers voerden olie-absorptietests uit op de pollenspons met oliën en organische oplosmiddelen van verschillende dichtheden, zoals benzine, pomp olie, en n-hexaan (een chemische stof die wordt aangetroffen in ruwe olie).

Ze ontdekten dat de spons een absorptiecapaciteit had in het bereik van 9,7 tot meer dan 29,3 g/g. Dit is vergelijkbaar met commerciële polypropyleen absorptiemiddelen, die aardoliederivaten zijn en een absorptiecapaciteit hebben van 8,1 tot 24,6 g/g.

Ze hebben de spons ook getest op zijn duurzaamheid en herbruikbaarheid door hem herhaaldelijk in siliconenolie te weken, dan knijp je de olie eruit. Ze ontdekten dat dit proces minstens 10 cycli kon duren.

In een laatste proof-of-concept-experiment, het team testte het vermogen van een spons met een diameter van 1,5 cm en een hoogte van 5 mm om motorolie uit een verontreinigd watermonster te absorberen. De spons absorbeerde de motorolie gemakkelijk in minder dan 2 minuten.

"Gezamenlijk, deze resultaten tonen aan dat de pollenspons selectief olieverontreinigingen kan absorberen en afgeven en vergelijkbare prestatieniveaus heeft als commerciële olieabsorberende middelen, terwijl het overtuigende eigenschappen vertoont zoals lage kosten, biocompatibiliteit, en duurzame productie, " zei prof Cho, de corresponderende auteur van deze studie.

Vooruit gaan, de onderzoekers zijn van plan om de grootte van stuifmeelsponzen op te schalen om aan de behoeften van de industrie te voldoen. Ze willen ook samenwerken met niet-gouvernementele organisaties en internationale partners om piloottesten uit te voeren met pollensponzen in levensechte omgevingen.

"We hopen dat onze innovatieve pollenmaterialen op een dag veelgebruikte kunststoffen kunnen vervangen en helpen om het wereldwijde probleem van plasticvervuiling te beteugelen, zei prof Cho.