Ett team från nordvästra universitetet har utvecklat en mycket porös smart svamp som selektivt suger upp olja i vatten.

Med en förmåga att absorbera mer än 30 gånger sin vikt i olja, svampen kan användas för att på ett billigt och effektivt sätt rengöra oljespill utan att skada marint liv. Efter att ha pressat ut oljan ur svampen, den kan återanvändas många dussintals gånger utan att förlora sin effektivitet.

"Oljeutsläpp har förödande och omedelbara effekter på miljön, människors hälsa och ekonomi, "sade nordvästra Vinayak Dravid, som ledde forskningen. "Även om många spill är små och kanske inte gör kvällsnyheterna, de är fortfarande djupt invasiva för ekosystemet och det omgivande samhället. Vår svamp kan åtgärda dessa spill på ett mer ekonomiskt sätt, effektivt och miljövänligt sätt än någon av de nuvarande toppmoderna lösningarna. "

Forskningen publicerades igår (27 maj) i tidskriften Industriell teknik och kemisk forskning .

Dravid är Abraham Harris professor i materialvetenskap och teknik vid Northwestern McCormick School of Engineering. Vikas Nandwana, en senior forskningsassistent i Dravids laboratorium, är tidningens första författare.

Rensning av oljeutsläpp är en dyr och komplicerad process som ofta skadar marint liv och skadar miljön ytterligare. För närvarande använda lösningar inkluderar bränning av oljan, använda kemiska dispergeringsmedel för att bryta ner olja till mycket små droppar, skumolja som flyter ovanpå vatten och/eller absorberar den med dyrt, oåtervinningsbara sorbenter.

"Varje tillvägagångssätt har sina egna nackdelar och inga är hållbara lösningar, "Nandwana sa." Bränning ökar koldioxidutsläppen och dispergeringsmedel är fruktansvärt skadliga för marint djurliv. Skummare arbetar inte i grovt vatten eller med tunna lager olja. Och sorbenter är inte bara dyra, men de genererar en enorm mängd fysiskt avfall - liknande frågan om deponering av blöjor. "

Den nordvästra lösningen kringgår dessa utmaningar genom att selektivt absorbera olja och lämna rent vatten och opåverkat marint liv bakom sig. Hemligheten ligger i en nanokompositbeläggning av magnetiska nanostrukturer och ett kolbaserat substrat som är oleofilt (lockar till sig olja), hydrofob (motstår vatten) och magnetisk. Nanokompositens nanoporösa 3D-struktur interagerar selektivt med och binder till oljemolekylerna, fånga upp och lagra oljan tills den pressas ut. De magnetiska nanostrukturerna ger den smarta svampen ytterligare två funktioner:kontrollerad rörelse i närvaro av ett externt magnetfält och desorption av adsorberade komponenter, som olja, på ett simulerat och avlägset sätt.

OHM (oleofobisk hydrofob magnetisk) nanokomposituppslamning kan användas för att belägga alla billiga, kommersiellt tillgänglig svamp. Forskarna applicerade en tunn beläggning av uppslamningen på svampen, pressade ut överskottet och låt det torka. Svampen konverteras snabbt och enkelt till en smart svamp (eller "OHM -svamp") med selektiv affinitet för olja.

Vinayak och hans team testade OHM -svampen med många olika typer av råoljor med varierande densitet och viskositet. OHM -svampen absorberar konsekvent upp till 30 gånger sin vikt i olja, lämnar vattnet bakom. För att efterlikna naturliga vågor, forskare lägger OHM -svampen på en skakare nedsänkt i vatten. Även efter kraftig skakning, svampen släpper ut mindre än 1% av den absorberade oljan i vattnet.

"Vår svamp fungerar effektivt i olika och extrema vattenförhållanden som har olika pH och salthalter, "Dravid sa." Vi tror att vi kan lösa ett giga-ton problem med en nanoskala lösning. "

"Vi är glada att introducera sådana smarta svampar som en plattform för miljösanering för att selektivt ta bort och återvinna föroreningar som finns i vatten, jord och luft, såsom överflödiga näringsämnen, tungmetallföroreningar, VOC/toxiner och andra, "Nandwana sa." Nanostrukturbeläggningen kan skräddarsys för att selektivt adsorbera (och senare desorbera) dessa föroreningar. "

Teamet arbetar också med en annan OHM -svamp som kan selektivt absorbera (och senare återställa) överskott av upplösta näringsämnen, såsom fosfater, från avrinning av gödselmedel och jordbruksföroreningar. Stephanie Ribet, en doktorsexamen kandidat i Dravids lab och pappers medförfattare driver detta ämne. Teamet planerar att utveckla och kommersialisera OHM-teknik för miljöstädning.