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Nano spugna per fuoriuscite di olio
Una sottile membrana costituita da una rete di nanocavi potrebbe diventare uno strumento promettente per ripulire le fuoriuscite di petrolio e rimuovere i contaminanti tossici dalle acque sotterranee. Quando viene immersa in una miscela di acqua e olio, la membrana spessa 50 micrometri assorbe l'olio, gonfiandosi fino a 20 volte il suo peso.
In genere, le fuoriuscite di petrolio vengono ripulite utilizzando la stessa tecnologia di base utilizzata 20 anni fa. Ciò include l'uso di materiali assorbenti per assorbire le tracce di olio. Gli assorbenti naturali come il fieno e la cellulosa possono assorbire da 3 a 15 volte il loro peso in olio, mentre gli assorbenti a base di polimeri sintetici possono assorbire fino a 70 volte il loro peso. Ma questi materiali tendono anche ad assorbire l'acqua.
La nuova membrana assorbe olio e solventi ed è superidrofobica, il che significa che respinge fortemente l'acqua. Se lo mettessi in acqua per un mese e lo tirassi fuori sarebbe ancora asciutto, dice Francesco Stellacci , il professore di scienza e ingegneria dei materiali del MIT che ha guidato il lavoro, pubblicato online in Nanotecnologia della natura . Stellaci afferma che il materiale non dovrebbe essere troppo costoso da produrre in grandi quantità e può essere facilmente riutilizzato molte volte, anche se i ricercatori non hanno ancora misurato quante volte.
Michael Rubner , un professore di scienza dei materiali e ingegneria del MIT che non è stato coinvolto nel progetto, afferma che la riutilizzabilità della membrana è la sua caratteristica più distintiva. Altre strutture idrofobiche sono state tipicamente realizzate con materiali organici. I nanofili inorganici possono sopportare temperature fino a 600 gradi Celsius, dove i materiali organici si degraderebbero. Se la membrana si sporca di olio o devi rimuovere l'olio, ... [puoi] praticamente cucinarlo e pulirlo e, in linea di principio, usarlo più e più volte, dice Rubner.
La membrana è una stuoia di nanofili di ossido di potassio e manganese, ciascuno largo circa 20 nanometri. Stellacci e i suoi colleghi assemblano i tappetini utilizzando un metodo simile a quello utilizzato per produrre la carta: fanno una sospensione di nanofili e la asciugano su un substrato. Hanno realizzato membrane di 27 centimetri per lato, ma Stellacci dice che potrebbero essere realizzate in stuoie più grandi.
Due importanti caratteristiche conferiscono alla membrana le sue eccezionali proprietà oleoassorbenti e idrorepellenti. Innanzitutto, la rete di nanofili ha piccoli pori larghi 10 nanometri in media in grado di assorbire l'acqua e altri liquidi nella membrana. Per tenere lontana l'acqua, i ricercatori rivestono la membrana con silicone idrorepellente. Il risultato: l'acqua scivola via dalla superficie della membrana mentre l'olio risale rapidamente i pori. Stellacci e i suoi colleghi hanno testato la membrana con miscele di diversi solventi organici e oli, tra cui olio per motori, benzina e toluene.
I ricercatori hanno anche scoperto che la membrana può separare solventi quasi identici; quando immersa in una miscela di benzene e toluene, la membrana assorbe solo il toluene. È piuttosto sorprendente, perché sono molecole abbastanza simili, dice Joerg Lahann , professore di ingegneria chimica presso l'Università del Michigan. Questa proprietà potrebbe aprire altre applicazioni, come la purificazione o la separazione di prodotti chimici e solventi.
I ricercatori sperano che la nanomembrana possa ridurre i rifiuti e abbassare il costo della pulizia delle fuoriuscite di petrolio dalle barche e nell'industria petrolifera. Ma Doug Helton, uno scienziato della National Oceanic and Atmospheric Administration, afferma che potrebbe essere troppo presto per dire se la nanomembrana potrebbe essere pratica per ripulire grandi fuoriuscite di petrolio. La tecnica di riscaldamento necessaria per pulire la membrana potrebbe rivelarsi un processo abbastanza oneroso, dice.
Inoltre, la capacità di assorbimento dell'olio della membrana potrebbe diminuire in caso di fuoriuscita reale. Le fuoriuscite di petrolio sono piuttosto disordinate, dice Helton. Potrebbero esserci molti detriti. Ciò potrebbe ridurre l'efficienza del sorbente. Per ora, Helton pensa che la membrana potrebbe essere utile per rimuovere i contaminanti dell'acqua nelle fabbriche o per ripulire piccole fuoriuscite di petrolio, nei garage e nelle officine meccaniche.