NTU科研团队发明环保海绵,可吸附海洋石油污染

193天前     693

新加坡南洋理工和韩国成均馆的科学家们发明了一种可重复使用、可生物降解的海绵,这种海绵可以很容易地吸收污染水源中的石油和其他有机溶剂,使其成为处理海洋石油泄漏的一种很有希望的替代品。

研究简介

由新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)领导的一组科学家发明了一种可重复使用、可生物降解的海绵,这种海绵可以很容易地吸收污染水源中的石油和其他有机溶剂,使其有希望成为处理海洋石油泄漏的替代品。

这种海绵由向日葵花粉制成,具有疏水性。因为海绵上有一层天然脂肪酸,所以它能防水。在实验室实验中,科学家们证明了海绵能够吸收各种密度的石油污染物,如汽油和机油,其吸收率与商业吸油剂相当。

NTU科研团队发明环保海绵,可吸附海洋石油污染

研究团队,图片来源;NTU官网

研究背景

海洋石油泄漏一直以来是个令科学家头疼的问题,石油浮在海面上,难以清理,并对海洋生态系统造成严重的长期损害。传统的清理方法,包括使用化学分散剂将油分解成非常小的液滴,或者用昂贵的、不可回收的材料将其吸收,都可能会加重损害。

到目前为止,研究人员已经设计出直径为5厘米的海绵。由南洋理工大学新加坡分校和韩国成均馆大学的科学家组成的研究小组认为,这些海绵在扩大规模后,可以成为处理海洋石油泄漏的环保替代品。

研究成果

领导这项研究的南洋理工大学材料科学与工程学院的Cho Nam-Joon教授认为,“通过微调花粉的物质特性,我们的研究小组成功研制出一种海绵,它可以选择性地瞄准受污染水源中的石油,并将其吸收。使用一种在自然界中大量存在的材料也可以使海绵价格合理,可生物降解,并且对环境友好。

这项研究通过将其坚硬的外壳转化为微凝胶颗粒,为花粉找到新的用途,这种花粉因其坚硬的外表而被称为植物王国的钻石。这种柔软的凝胶状材料随后被用作一种新的环境可持续材料类别的构建块。

NTU科研团队发明环保海绵,可吸附海洋石油污染

图片来源:NTU官网

去年,赵教授与南大校长Subra Suresh教授领导一个研究小组,从花粉中创造出一种纸状材料,作为一种更绿色的替代品,以替代从树木中创造的纸张。这种“花粉纸”也会随着环境湿度的变化而弯曲和卷曲,这种特性可能对软机器人、传感器和人造肌肉有用。

Cho Nam-Joon教授补充说:“不用于植物授粉的花粉通常被认为是生物废物。通过我们的工作,我们试图找到这种“废物”的新用途,并把它变成一种可再生的、负担得起的、可生物降解的自然资源。花粉也具有生物相容性。当暴露在人体组织中时,它不会引起免疫、过敏或毒性反应,因此可能适用于伤口敷料、假肢和植入式电子产品等应用。”

这一发现发表在3月份的科学期刊《高级功能材料》上。

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研究原理

南洋理工大学的研究小组首先通过一种类似于传统肥皂制作的化学方法,将向日葵的超坚韧花粉粒转化成柔软的凝胶状物质,形成海绵。这一过程包括去除覆盖在花粉粒表面的粘性油基花粉胶,在碱性条件下培养花粉三天之前。然后将所得凝胶状材料冷冻干燥。

这些过程导致形成具有三维多孔结构的花粉海绵。这些海绵被短暂加热到200摄氏度——这一步骤可以使它们在反复吸收和释放液体后的形状和结构保持稳定。科学家们发现,加热还使海绵的抗变形能力提高了两倍。

为了确保海绵选择性地瞄准油而不吸水,科学家们在海绵上涂了一层硬脂酸,这是一种常见于动物和植物脂肪中的脂肪酸。这使得海绵具有疏水性,同时保持其结构的完整性。

科学家们用不同密度的油和有机溶剂(如汽油、泵油、,和正己烷(原油中的一种化学物质)进行测试,发现海绵的吸收能力在9.7到29.3 g/g之间。他们还测试了海绵的耐久性和可重复使用性,方法是将海绵反复浸泡在硅油中,然后将油挤出。他们发现这个过程至少可以持续10个周期。

在最后的概念验证实验中,研究小组测试了直径1.5厘米、高度5毫米的海绵从污染水样中吸收机油的能力。海绵在不到2分钟的时间内就很容易吸收机油。

研究展望

“这些结果表明,花粉海绵可以选择性地吸收和释放机油污染物,并具有与商用吸油剂相似的性能水平,同时具有低成本、生物相容性等。”Cho Nam-Joon教授说:“今后,研究人员计划扩大花粉海绵的规模,以满足工业需要。他们还希望与非政府组织和国际合作伙伴合作,在现实环境中对花粉海绵进行初步试验。

我们希望我们的创新花粉材料有朝一日能够取代广泛使用的塑料,帮助遏制全球塑料污染问题。”

参考文献: 1. "Scientists led by NTU Singapore develop eco-friendly pollen sponge to tackle water contaminants" NTU Media Release; 2. Paper ‘Colloid-Mediated Fabrication of a 3D Pollen Sponge for Oil Remediation Applications’ published in Advanced Functional Materials. 2021, 2101091.https://doi.org/10.1002/adfm.202101091

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