Oljeutsläpp är dödliga katastrofer för havets ekosystem. De kan ha bestående effekter på fiskar och marina däggdjur i årtionden och orsaka förödelse på kustnära skogar, korallrev och det omgivande landet. Kemiska dispergeringsmedel används ofta för att bryta ner olja, men de ökar ofta toxiciteten i processen.
I Applied Physics Letters , använde forskare från Central South University, Huazhong University of Science and Technology och Ben-Gurion University of the Negev laserbehandlingar för att förvandla vanlig kork till ett kraftfullt verktyg för att behandla oljeutsläpp.
De ville skapa en giftfri, effektiv oljesaneringslösning med material med lågt koldioxidavtryck, men deras beslut att prova kork var resultatet av en överraskande upptäckt.
"I ett annat laserexperiment fann vi av misstag att vätbarheten hos korken som bearbetades med en laser förändrades avsevärt och fick superhydrofoba (vattenavstötande) och superoleofila (oljeattraherande) egenskaper," sa författaren Yuchun He. "Efter att ha justerat bearbetningsparametrarna på rätt sätt blev korkens yta väldigt mörk, vilket fick oss att inse att det kan vara ett utmärkt material för fototermisk omvandling."
"Genom att kombinera dessa resultat med de miljövänliga, återvinningsbara fördelarna med kork, tänkte vi använda den för sanering av marint oljeutsläpp", sa författaren Kai Yin. "Såvitt vi vet har ingen annan försökt använda kork för att städa upp marina oljeutsläpp."
Kork kommer från barken på korkek, som kan leva i hundratals år. Dessa träd kan skördas ungefär vart sjunde år, vilket gör kork till ett förnybart material. När barken tas bort förstärker träden sin biologiska aktivitet för att ersätta den och ökar sin kollagring, så att skörda kork hjälper till att minska koldioxidutsläppen.
Författarna testade varianter av en snabbpulserande laserbehandling för att uppnå den optimala balansen av egenskaper i korken som kan uppnås till låg kostnad.
De undersökte noggrant nanoskopiska strukturella förändringar och mätte förhållandet mellan syre och kol i materialet, förändringar i vinklarna med vilka vatten och olja kommer i kontakt med ytan, och materialets ljusvågsabsorption, reflektion och emission över spektrumet för att bestämma dess hållbarhet efter flera cykler av uppvärmning och kylning.
De fototermiska egenskaperna som korken ger genom denna laserbearbetning gör att korken värms snabbt i solen. De djupa spåren ökar också ytan som utsätts för solljus, så korken kan värmas upp av bara lite solljus på 10–15 sekunder. Denna energi används för att värma upp spilld olja, vilket sänker dess viskositet och gör det lättare att samla upp. I experiment samlade den laserbehandlade korken olja ur vattnet inom två minuter.
Laserbehandlingarna hjälper inte bara till att bättre absorbera olja, utan arbetar också för att hålla vatten ute.
"När korken genomgår en snabbpulserande laserbehandling blir dess ytmikrostruktur grövre," sa Yin. "Denna råhet på mikro- till nanonivå ökar hydrofobiciteten."
Som ett resultat samlar korken upp oljan utan att absorbera vatten, så oljan kan extraheras från korken och eventuellt till och med återanvändas.
"Oljeutvinning är en komplex och systematisk uppgift, och att delta i oljeutvinning under hela dess livscykel är vårt mål," sa Yuchun He. "Nästa steg är att förbereda elektrotermiska material med polyuretanskum som skelettet för oljeadsorption, genom att kombinera fototermiska och elektrotermiska tekniker för att bilda ett oljeåtervinningssystem för alla väder."
Mer information: Femtosekund laserstrukturerad svart superhydrofob kork för effektiv soldriven sanering av råolja, Applied Physics Letters (2024). DOI:10.1063/5.0199291
Journalinformation: Tillämpade fysikbrev
Tillhandahålls av American Institute of Physics
