Супергидрофобная губка поможет очищать воду от нефтепродуктов

| 1801

Ученые Томского политехнического университета вместе с французскими коллегами из Университета Лилля разработали новый материал, который эффективно очищает воду от нефтепродуктов. В его основе обычная бытовая губка из полиуретана. Ее ученые сделали супергидрофобной — она отталкивает воду, при этом эффективно сорбирует молекулы нефтепродуктов. Результаты исследования опубликованы в журнале Separation and Purification Technology (IF: 5,107; Q1).

Фото: образцы материала

«С развитием методов добычи нефти, особенно когда речь идет о добыче на морском, океанском дне, возрастает и риск разливов. Все мы знаем, к каким экологическим последствиям привела авария на буровой платформе в Мексиканском заливе в 2010 году. Поэтому одна из актуальнейших научных задач — получение селективных сорбентов, которые из водонефтяной смеси могли бы вытягивать исключительно нефтепродукты и при этом никак не взаимодействовать с водой.

Последний пункт очень важен, потому что при взаимодействии с водой, во-первых, всегда есть риск, что какие-то продукты реакции окажутся в воде и повлияют на экосистему. А, во-вторых, при насыщении водой эффективность сорбента снижается. Поэтому нам нужно было найти какой-то очень доступный материал и сделать его гидрофобным, но при этом “притягательным” для нефтепродуктов. Мы остановились на обычной губке, которую используют для мытья посуды», — говорит один из авторов статьи, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Постников.

Сделать губку водоотталкивающей исследователям помогли специальные органические соединения — соли диазония. Губку помещали в водный раствор с солями диазония и нагревали до 60 градусов Цельсия. При этом образовались активные радикалы, которые, атакуя поверхность губки, сформировали на ней новые органические группы с гидрофобными свойствами, но при этом чувствительным к нефтепродуктам. Они и выполняют роль сорбентов, избирательно поглощающих молекулы нефтепродуктов.

«Вторая задача — как этот материал потом из воды эффективно удалить. Мы остановились на магнитном сборе сорбента. В структуру губки мы добавили наночастицы железа, полученные по разработанному нами методу и отличающиеся повышенной восприимчивостью к неполярным молекулам. На них мы также добавили гидрофобные органические группы. В результате у нас получился материал, который практически не взаимодействует с водой, несмотря на то, что это губка», — поясняет ученый.

Нефтепродукты в воде находятся в виде эмульсии, то есть их микроскопические капли распределены в другой жидкости, в данном случае, в воде. По словам исследователей, на практике такие эмульсии зачастую являются высокостабилизированными. Это говорит о том, что их сложно разделить на отдельные составляющие.

«Мы протестировали наш материал как с высокостабилизированными, так и низкостабилизированными эмульсиями. Эксперименты показали, что материал прекрасно работает. Также мы проверили его эффективность на промышленных маслах, которые могу загрязнять природные водоемы. Здесь материал также показал свою высокую эффективность», — отмечает Павел Постников.  

При этом исследования показали, что предложенный новый материал может использоваться повторно несколько раз.

«В экспериментах мы его использовали как минимум до пяти раз. В результате не обнаружилось никакого падения эффективности», — говорит ученый.  

Добавим, исследование проводится при поддержке Российского научного фонда (№ 17-73-20066).