• Home
  • Chimica
  • Astronomia
  • Energia
  • Natura
  • Biologia
  • Fisica
  • Elettronica
  • La nanotecnologia fornisce gli strumenti per ripulire le fuoriuscite di petrolio

    Quando si formano le nanofibre, intrappolano il petrolio greggio in una rete aggrovigliata che galleggia sopra l'acqua. Credito:A*STAR Institute of Bioengineering and Nanotechnology

    Le fuoriuscite di petrolio oceaniche sono difficili da ripulire. Colorano le piume di un color seppia sciropposo e abbronzano le uova di pesce con una tinta tossica. Più turbolente sono le acque, più lontano si diffonde la chiazza di petrolio, con goccioline d'inchiostro che scendono nell'acqua salmastra.

    Ora la tecnologia potrebbe riuscire dove i volontari che lavorano duramente hanno fallito in passato. I ricercatori dell'A*STAR Institute of Bioengineering and Nanotechnology (IBN) stanno usando la nanoscienza per trasformare una fuoriuscita di petrolio in una massa galleggiante di gelatina marrone che può essere raccolta prima che possa entrare nella catena alimentare.

    "La nanoscienza consente di adattare le strutture essenziali dei materiali su scala nanometrica per ottenere proprietà specifiche, " dice il chimico Yugen Zhang all'IBN, chi sta sviluppando alcune delle tecnologie. "Le strutture e i materiali nella gamma di dimensioni nanometriche spesso assumono proprietà distintive che non si vedono in altre gamme di dimensioni, "aggiunge Huaqiang Zeng, un altro chimico all'IBN.

    chiazza di gelatina

    Ci sono molti approcci per pulire una fuoriuscita di petrolio, e nessuno è completamente efficace. Fresco, grasso denso può essere dato alle fiamme o contenuto da barriere galleggianti che gli skimmer possono raccogliere. La chiazza di petrolio può anche essere indurita in modo inefficiente, disordinatamente assorbito, pericolosamente disperso, o consumato lentamente dai batteri che pascolano l'olio. Tutti questi sono carenti su larga scala, soprattutto in acque agitate.

    Le molecole organiche con speciali capacità gelificanti offrono una soluzione economica, alternativa semplice ed ecologica per ripulire il disordine. Zeng ha sviluppato diverse di queste molecole che trasformano il petrolio greggio in gelatina in pochi minuti.

    Piccole molecole organiche note come supergelatori possono autoassemblarsi in lunghi fili. Credito:Agenzia per la scienza, Tecnologia e Ricerca (A*STAR), Singapore

    Per creare i suoi 'supergelatori', Zeng ha progettato le molecole per associarsi tra loro senza formare legami fisici. Se spruzzato su acqua di mare contaminata, le molecole si impacchettano immediatamente in lunghe fibre larghe tra 40 e 800 nanometri. Questi fili creano una rete che intrappola l'olio in una macchia gigante che galleggia sulla superficie dell'acqua. Il gunk può quindi essere rapidamente setacciato fuori dall'oceano. Il prezioso petrolio greggio può essere successivamente recuperato utilizzando una tecnica comune impiegata dalle raffinerie di petrolio chiamata distillazione frazionata.

    Zeng ha testato i supergelatori su quattro tipi di greggio con densità diverse, viscosità e livelli di zolfo in un piattino rotondo. I risultati sono stati impressionanti. "I supergelatori hanno solidificato sia il petrolio greggio appena versato che il petrolio greggio altamente stagionato da 37 a 60 volte il loro peso, " dice Zeng. I materiali utilizzati per produrre queste molecole organiche sono economici e non tossici, che li rendono una soluzione commercialmente valida per la gestione degli incidenti in mare. Zeng spera di lavorare con partner industriali per testare le nanomolecole su una scala molto più ampia.

    Acqua non salata

    Gli scienziati dell'IBN stanno anche usando la nanoscienza per rimuovere il sale dall'acqua di mare e i metalli pesanti dall'acqua contaminata.

    Con la diminuzione delle riserve globali di acqua dolce e sotterranea, molti paesi stanno cercando di desalinizzazione come una valida fonte di acqua potabile. La desalinizzazione dovrebbe soddisfare il 30% della domanda idrica di Singapore entro il 2060, il che significherà triplicare l'attuale capacità di desalinizzazione del paese. Ma la desalinizzazione richiede un enorme consumo di energia e l'osmosi inversa, la tecnologia mainstream da cui dipende, ha un costo relativamente alto. L'osmosi inversa funziona utilizzando pressioni estreme per spremere le molecole d'acqua attraverso membrane a trama fitta.

    Una soluzione alternativa emergente imita il modo in cui le proteine ​​incorporate nelle membrane cellulari, note come acquaporine, canalizzare l'acqua in entrata e in uscita. Alcuni gruppi di ricerca hanno persino creato membrane fatte di molecole di lipidi grassi che possono ospitare acquaporine naturali. Zeng ha sviluppato un sostituto più economico e più resistente.

    Le nanomolecole possono gelificare petrolio greggio di diverse densità, viscosità e livelli di zolfo. Credito:Agenzia per la scienza, Tecnologia e Ricerca (A*STAR), Singapore

    I suoi elementi costitutivi sono costituiti da noodles elicoidali con estremità appiccicose che si collegano per formare lunghe spirali. Le molecole d'acqua possono fluire attraverso le aperture di 0,3 nanometri al centro delle spirali, ma tutti gli altri ioni caricati positivamente e negativamente che compongono l'acqua salata sono troppo ingombranti per passare. Questi includono sodio, potassio, calcio, magnesio, cloro e ossido di zolfo. "In acqua, tutti questi ioni sono altamente idratati, attaccato a molte molecole d'acqua, che li rende troppo grandi per passare attraverso i canali, "dice Zeng.

    La tecnologia potrebbe portare a risparmi globali fino a 5 miliardi di dollari all'anno, dice Zeng, ma solo dopo diversi anni di test e messa a punto della compatibilità e della stabilità della membrana lipidica con le nanospirali. "Questo è un obiettivo importante nel mio gruppo in questo momento, " dice. "Vogliamo farlo, in modo da poter ridurre il costo della desalinizzazione dell'acqua a un livello accettabile".

    Stick e antiaderente

    I nanomateriali offrono anche un basso costo, modo efficace e sostenibile per filtrare i metalli tossici dall'acqua potabile.

    I livelli di metalli pesanti nell'acqua potabile sono rigorosamente regolamentati a causa dei gravi danni che le sostanze possono causare alla salute, anche a concentrazioni molto basse. L'Organizzazione Mondiale della Sanità richiede che i livelli di piombo, Per esempio, rimangono al di sotto delle dieci parti per miliardo (ppb). Il trattamento dell'acqua secondo questi standard è costoso ed estremamente difficile.

    Zhang ha sviluppato una sostanza organica piena di pori in grado di intrappolare e rimuovere i metalli tossici dall'acqua a meno di un ppb. Ogni poro è largo da dieci a venti nanometri e ricco di composti, note come ammine che si attaccano ai metalli.

    Le nanoparticelle porose possono rimuovere metalli pesanti tossici dall'acqua contaminata in tracce in pochi secondi. Credito:Agenzia per la scienza, Tecnologia e Ricerca (A*STAR), Singapore

    Sfruttando il fatto che le ammine perdono la presa sui metalli in condizioni acide, la risorsa preziosa e limitata può essere recuperata dall'industria, e i polimeri riutilizzati.

    Il segreto del successo dei polimeri di Zhang è l'ampia superficie coperta dai pori, il che si traduce in maggiori opportunità di interazione e intrappolamento con i metalli. "Altri materiali hanno una superficie di circa 100 metri quadrati per grammo, ma il nostro è 1, 000 metri quadrati per grammo, " dice Zhang. "È 10 volte più alto."

    Zhang ha testato i suoi polimeri nanoporosi su acqua contaminata da piombo. Ha spruzzato una versione in polvere del polimero in un liquido leggermente alcalino contenente circa 100 ppb di piombo. In pochi secondi, livelli di piombo ridotti a meno di 0,2 ppb. Risultati simili sono stati osservati per cadmio, rame e palladio. Il lavaggio dei polimeri in acido rilasciava fino al 93% del piombo.

    Con molte aziende desiderose di scalare queste tecnologie per applicazioni del mondo reale, non passerà molto tempo prima che la nanoscienza tratti la Terra per le sue numerose malattie.


    © Scienza https://it.scienceaq.com