Когда семь лет назад взорвалась буровая труба Deepwater Horizon, что привело к крупнейшему разливу нефти в истории США, те, кто отвечал за восстановление, обнаружили новую проблему: миллионы галлонов нефти, пузырившейся с морского дна, не t все скапливается на поверхности, где его можно снять или сжечь. Часть его образовывала шлейф и дрейфовала в океане под поверхностью.
Теперь ученые из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) изобрели новую пену под названием Oleo Sponge, которая решает эту проблему. Материал не только легко впитывает нефть из воды, но и многоразовый и может вытягивать диспергированную нефть со всей толщи воды, а не только с поверхности.
«Губка Oleo предлагает набор возможностей, которые, насколько нам известно, беспрецедентны», - сказал соавтор изобретения Сет Дарлинг, ученый из Аргоннского центра наноразмерных материалов и сотрудник Института Чикагского университета. для молекулярной инженерии.
У нас уже есть библиотека молекул, которые могут захватывать нефть, но проблема заключается в том, как превратить их в полезную структуру и связать их там навсегда.
Ученые начали с обычного пенополиуретана, который используется во всем, от мебельных подушек до изоляции дома. Эта пена имеет множество укромных уголков и закоулков, как английский кекс, который может обеспечить достаточную площадь поверхности для захвата масла; но им нужно было придать пене новый химический состав поверхности, чтобы прочно прикрепить маслолюбивые молекулы.
Ранее Дарлинг и его коллега-химик из Аргонны Джефф Элам разработали метод, называемый синтезом последовательной инфильтрации, или SIS, который можно использовать для введения атомов оксида твердого металла в сложные наноструктуры.
После некоторых проб и ошибок они нашли способ адаптировать технику для выращивания чрезвычайно тонкого слоя «грунтовки» из оксида металла вблизи внутренних поверхностей пенопласта. Это служит идеальным клеем для прикрепления маслолюбивых молекул, которые осаждаются на втором этапе; одним концом они держатся за слой оксида металла, а другим тянутся к молекулам масла.
Результатом является Oleo Sponge, блок пены, который легко впитывает масло из воды. Материал, который немного похож на подушку сиденья на открытом воздухе, можно выжать для повторного использования, а само масло восстановить.
В ходе испытаний в Омсетте, гигантском резервуаре с морской водой в Нью-Джерси, Национальном испытательном центре по ликвидации разливов нефти и возобновляемым источникам энергии, губка Oleo успешно собрала дизельное топливо и сырую нефть как из-под воды, так и с поверхности воды.
"Материал чрезвычайно прочный. Мы провели от десятков до сотен испытаний, каждый раз выжимая его, и до сих пор не видели, чтобы он вообще сломался", - сказал Дарлинг.
Oleo Sponge потенциально может также регулярно использоваться для очистки гаваней и портов, где дизельное топливо и нефть, как правило, скапливаются в результате движения судов, сказал Джон Харви, руководитель отдела развития бизнеса в отделе развития и коммерциализации технологий Аргонны.
Элам, Дарлинг и остальные члены команды продолжают развивать технологию.
«Этот метод предлагает огромную гибкость и может быть адаптирован к другим типам очистки, помимо нефти в морской воде. Вы можете присоединить другую молекулу, чтобы захватить любое конкретное вещество, которое вам нужно», - сказал Элам.
Команда активно занимается коммерциализацией материала, сказал Харви; те, кто заинтересован в лицензировании технологии или сотрудничестве с лабораторией для дальнейшего развития, могут связаться с [email protected].
Аргоннские ученые Анил Мане, Джозеф Либера и исследователь с докторской степенью Эдвард Барри также внесли свой вклад в разработку Oleo Sponge. Предварительные результаты были опубликованы в исследовании в Journal of Materials Chemistry A под названием «Усовершенствованные нефтесорбенты с использованием последовательного инфильтрационного синтеза».