Nanotehnologija pruža alate za čišćenje izlijevanja ulja

The Great Gildersleeve: Birthday Tea for Marjorie / A Job for Bronco / Jolly Boys Band (Lipanj 2019).

Anonim

Izlijevanje nafte na oceanu teško je očistiti. Obojale su perje sirupastu sepijsku i tanku ribu jaja otrovnu boju. Turbulentnije vode, što je dalje glatko širi, s tamnim kapljicama spuštaju se u dubokom dubinu.

Sada bi tehnologija mogla uspjeti ako tvrdoglavni volonteri ne uspiju u prošlosti. Istraživači na Institutu za biotehnološko inženjerstvo i nanotehnologiju (IBN) A * STAR-a koriste nanoznanosti kako bi se izlijevanje ulja pretvorilo u plutajuću masu smeđe žele koja se može otupiti prije nego što prođe u prehrambeni lanac.

"Nanoznanost omogućuje prilagodbu bitnih struktura materijala na nanometarskoj ljestvici kako bi se postigla određena svojstva", kaže kemičar Yugen Zhang na IBN-u koji razvija neke od tehnologija. "Strukture i materijali u nanometarskom rasponu obično se razlikuju po različitim svojstvima koja se ne vide u drugim rasponima veličine", dodaje Huaqiang Zeng, još jedan kemičar u IBN-u.

Jelly glatka

Postoji mnogo pristupa čišćenju izlijevanja ulja, a nijedan nije potpuno učinkovit. Svježa, debela masnoća može se postaviti plamenu ili sadržavati plutajuće prepreke za skimere da se izvuče. Glatka može također biti neučvršćena, usidrena, apsorbirana, opasno raspršena ili polako konzumirana bakterijama koje pate od ulja. Sve su to manjkave u velikom mjerilu, posebno u grubim vodama.

Organske molekule s posebnim gelabilnim sposobnostima nude jeftinu, jednostavnu i ekološki prihvatljivu alternativu za čišćenje nereda. Zeng je razvio nekoliko takvih molekula koje u roku od nekoliko minuta pretvaraju sirovo ulje u žele.

Da bi stvorio svoje 'supergelatore', Zeng je dizajnirao molekule da se međusobno povezuju bez formiranja fizičkih veza. Kada se prskaju na kontaminiranu morsku vodu, molekule se odmah nakupljaju u duge vlakna široke između 40 i 800 nanometara. Te niti kreiraju mrežu koja začepljuje ulje u golemom blobu koja lebdi na površini vode. Gunk onda može biti brzo iskočio iz oceana. Vrijedna sirova nafta može se naknadno obnavljati primjenom uobičajene tehnike rabljenih rafinerijama nafte koje se nazivaju frakcijska destilacija.

Zeng je testirao supergelore na četiri vrste sirove nafte s različitim gustoćama, viskoznostima i razinama sumpora u malom okruglom tanju. Rezultati su bili impresivni. "Zamrzivači su očvrsnuli svježe proliveno sirovo ulje i visoko oštećenu sirovu naftu 37 do 60 puta veću težinu", kaže Zeng. Materijali koji se koriste za proizvodnju tih organskih molekula su jeftini i netoksični, što ih čini komercijalno održivim rješenjem za upravljanje nesrećama na moru. Zeng se nada da će surađivati ​​s industrijskim partnerima kako bi testirali nanomolekule na znatno većoj mjeri.

Unsalty voda

Znanstvenici u IBN-u također koriste nanoznanosti za uklanjanje soli iz morske vode i teških metala iz kontaminirane vode.

S opadajućim globalnim rezervama svježe i podzemne vode mnoge zemlje žele desalinizirati kao održiv izvor pitke vode. Očekuje se da će desalinizacija zadovoljiti 30 posto potražnje za vodom u Singapuru do 2060. godine, što će značiti trostruko zatvaranje trenutnog kapaciteta desalinizacije zemlje. Ali desalinacija zahtjeva veliku potrošnju energije i reverzna osmoza, glavna tehnologija ovisi o tome, ima relativno visoke troškove. Obrnuta osmoza djeluje pomoću ekstremnih pritisaka kako bi se molekule vode iscijedile kroz čvrsto pletene membrane.

Nastala alternativna otopina oponaša način na koji se proteini ugrađuju u stanične membrane, poznate kao aquaporini, kanaliziraju i ispuštaju vodu. Neke istraživačke skupine čak su stvorile membrane od masnih lipidnih molekula koje mogu primiti prirodne vodene pare. Zeng je razvio jeftiniju i elastičnu zamjenu.

Njegovi građevni blokovi sastoje se od spiralnih rezanata s ljepljivim krajevima koji se povezuju s dugim spiralama. Molekule vode mogu proći kroz otvore od 0, 3 nanometara u središtu spirala, ali svi ostali pozitivno i negativno napunjeni ioni koji čine slanu vodu su previše glomazni da prođu. To uključuje natrij, kalij, kalcij, magnezij, klor i sumporov oksid. "U vodi, svi ti ioni su jako hidrirani, povezani s puno vodenih molekula, što ih čini prevelikima da prođu kroz kanale", kaže Zeng.

Tehnologija bi mogla dovesti do globalne uštede do 5 milijardi američkih dolara godišnje, kaže Zeng, ali tek nakon nekoliko godina testiranja i ugađanja kompatibilnosti i stabilnosti lipidne membrane s nanospiralima. "Ovo je glavni fokus u mojoj grupi upravo sada", kaže on. "Želimo ovo učiniti tako da možemo smanjiti troškove desalinizacije vode na prihvatljivu razinu."

Stick i ne-stick

Nanomaterijali također nude nisku cijenu, učinkovit i održiv način za filtriranje toksičnih metala iz pitke vode.

Razine teških metala u vodi za piće strogo su regulirane zbog teških oštećenja koje tvari mogu uzrokovati zdravlju čak i pri vrlo niskim koncentracijama. Svjetska zdravstvena organizacija zahtijeva da razine vodika, na primjer, ostanu ispod deset dijelova na milijardu (ppb). Obrada vode prema tim standardima skup je i iznimno je teška.

Zhang je razvio organsku supstancu ispunjenu porama koje mogu uhvatiti i ukloniti toksične metale iz vode na manje od jednog ppb. Svaka pora široka je deset do dvadeset nanometara i pakirana je sa spojevima, poznatim kao amini koji se drže metala.

Iskorištavajući činjenicu da amini gube na metalima u kiselim uvjetima, vrijedno i ograničeno sredstvo može se oporaviti od strane industrije, a polimeri se ponovno koriste.

Tajna uspjeha Zhangovih polimera je velika površina prekrivena pore, što znači više mogućnosti za interakciju s metalima i zamku metala. "Ostali materijali imaju površinu od oko 100 četvornih metara po gramu, ali naši su 1000 četvornih metara po gramu", kaže Zhang. "To je 10 puta veće."

Zhang je testirao svoje nanoporezne polimere na vodu kontaminiranom olovom. Spremio je verziju polimera u obliku praška u laganu alkalnu tekućinu koja sadrži oko 100 ppb olova. Za nekoliko sekundi razine olova su smanjene na ispod 0, 2 ppb. Slični su rezultati zabilježeni za kadmij, bakar i paladij. Ispiranje polimera u kiselini oslobođeno je do 93 posto olova.

S mnogim tvrtkama koje žele mjeriti te tehnologije za aplikacije u stvarnom svijetu, neće dugo vremena prije nego što će nanotehnologija tretirati Zemlju zbog mnogih maladija.

menu
menu