Ett team av forskare under ledning av Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har skapat en återanvändbar, biologiskt nedbrytbar svamp som lätt kan suga upp olja och andra organiska lösningsmedel från förorenade vattenkällor, vilket gör det till ett lovande alternativ för att hantera marin oljeutsläpp.

Tillverkad av solrospollen, svampen är hydrofob - den stöter bort vatten - tack vare ett lager naturliga fettsyror på svampen. I laboratorieexperiment, forskarna visade svampens förmåga att absorbera oljeföroreningar av olika densiteter, som bensin och motorolja, med en hastighet som är jämförbar med den för kommersiella oljeabsorbenter.

Oljespill är svåra att städa upp, och resultera i allvarliga långvariga skador på det marina ekosystemet. Konventionella saneringsmetoder, inklusive användning av kemiska dispergeringsmedel för att bryta ner olja till mycket små droppar, eller absorbera det med dyrt, oåtervinningsbara material, kan förvärra skadan.

Än så länge, forskarna har konstruerat svampar som mäter 5 cm i diameter. Forskargruppen, bestående av forskare från NTU Singapore och Sungkyunkwan University i Sydkorea, tror att dessa svampar, när skalas upp, kan vara ett miljövänligt alternativ för att ta itu med oljeutsläpp.

Professor Cho Nam-Joon från NTU School of Materials Science and Engineering, som ledde studien, sade:"Genom att finjustera pollenets materialegenskaper, vårt team utvecklade framgångsrikt en svamp som selektivt kan rikta olja i förorenade vattenkällor och absorbera den. Att använda ett material som finns rikligt i naturen gör också svampen prisvärd, biologiskt nedbrytbar, och miljövänlig. "

Denna studie bygger på NTU:s arbete med att hitta nya användningsområden för pollen, känd som växtrikets diamant för sitt hårda yttre, genom att omvandla sitt hårda skal till mikrogelpartiklar. Denna mjuka, gelliknande material används sedan som byggsten för en ny kategori av miljömässigt hållbara material.

Förra året, Prof Cho, tillsammans med NTU -presidenten professor Subra Suresh, lett ett forskargrupp för att skapa ett pappersliknande material från pollen som ett grönare alternativ till papper som skapats från träd. Detta "pollenpapper" böjer och krullar också som svar på förändrade nivåer av miljöfuktighet, en egenskap som kan vara användbar för mjuka robotar, sensorer, och konstgjorda muskler.

Prof Cho, som också innehar Materials Research Society of Singapore ordförande i materialvetenskap och teknik, tillade:"Pollen som inte används för växtpollinering anses ofta vara biologiskt avfall. Genom vårt arbete, vi försöker hitta nya användningsområden för detta "avfall" och förvandla det till en naturresurs som är förnybar, prisvärd, och biologiskt nedbrytbart. Pollen är också biokompatibelt. Det orsakar inte en immunologisk, allergisk eller toxisk reaktion vid exponering för kroppsvävnader, vilket gör den potentiellt lämplig för applikationer som sårförband, proteser, och implanterbar elektronik. "

Resultaten publicerades i den vetenskapliga tidskriften Avancerade funktionella material i mars.

Bygga en svamp av pollen

För att forma svampen, NTU-teamet förvandlade först de ultratuffa pollenkornen från solrosor till en smidig, gelliknande material genom en kemisk process som liknar konventionell tvåltillverkning.

Denna process inkluderar att ta bort det klibbiga oljebaserade pollencementet som täcker spannmålets yta, innan man inkuberar pollen under alkaliska förhållanden i tre dagar. Det resulterande geliknande materialet frystorkades sedan.

Dessa processer resulterade i bildandet av pollensvampar med 3D -porösa arkitekturer. Svamparna uppvärmdes kortvarigt till 200 ° C - ett steg som gör deras form och struktur stabil efter att upprepade gånger ha absorberat och släppt vätskor. Uppvärmning ledde också till en tvåfaldig förbättring av svampens motståndskraft mot deformation, forskarna hittade.

För att säkerställa att svampen selektivt riktar sig mot olja och inte absorberar vatten, forskarna belagde den med ett lager stearinsyra, en typ av fettsyra som vanligtvis finns i animaliskt och vegetabiliskt fett. Detta gör svampen hydrofob och bibehåller dess strukturella integritet.

Forskarna utförde oljeabsorptionstester på pollensvampen med oljor och organiska lösningsmedel med olika densiteter, som bensin, pumpolja, och n-hexan (en kemikalie som finns i råolja).

De fann att svampen hade en absorptionskapacitet i intervallet 9,7 till över 29,3 g/g. Detta är jämförbart med kommersiella polypropenabsorbenter, som är petroleumderivat och har ett absorptionskapacitetsintervall av 8,1 till 24,6 g/g.

De testade också svampen för dess hållbarhet och återanvändbarhet genom att upprepade gånger blötlägga den i silikonolja, pressa sedan ut oljan. De fann att denna process kunde pågå i minst 10 cykler.

I ett sista proof-of-concept-experiment, laget testade förmågan hos en svamp 1,5 cm i diameter och 5 mm i höjd att absorbera motorolja från ett förorenat vattenprov. Svampen absorberade lätt motoroljan på mindre än 2 minuter.

"Kollektivt, dessa resultat visar att pollensvampen selektivt kan absorbera och släppa oljeföroreningar och har liknande prestandanivåer som kommersiella oljeabsorbenter samtidigt som den visar övertygande egenskaper som låg kostnad, biokompatibilitet, och hållbar produktion, "sade prof Cho, motsvarande författare till denna studie.

Går framåt, forskarna planerar att skala upp storleken på pollensvampar för att möta industrins behov. De vill också samarbeta med icke-statliga organisationer och internationella partner för att genomföra pilottester med pollensvampar i verkliga miljöer.

"Vi hoppas att våra innovativa pollenmaterial en dag kan ersätta mycket använd plast och hjälpa till att stävja den globala frågan om plastföroreningar, "sade prof Cho.