Un team di scienziati guidato dalla Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) ha creato un riutilizzabile, spugna biodegradabile che può assorbire facilmente olio e altri solventi organici da fonti d'acqua contaminate, rendendolo un'alternativa promettente per affrontare le fuoriuscite di petrolio in mare.

Fatto di polline di girasole, la spugna è idrofoba - respinge l'acqua - grazie a uno strato di acido grasso naturale sulla spugna. Negli esperimenti di laboratorio, gli scienziati hanno mostrato la capacità della spugna di assorbire i contaminanti dell'olio di varie densità, come benzina e olio motore, ad una velocità paragonabile a quella degli assorbenti commerciali dell'olio.

Le fuoriuscite di petrolio sono difficili da pulire, e provocare gravi danni di lunga durata all'ecosistema marino. Metodi di pulizia convenzionali, compreso l'uso di disperdenti chimici per scomporre l'olio in goccioline molto piccole, o assorbendolo con costosi, materiali non riciclabili, potrebbe aggravare il danno.

Finora, i ricercatori hanno progettato spugne che misurano 5 cm di diametro. Il gruppo di ricerca, composto da scienziati della NTU Singapore e della Sungkyunkwan University in Corea del Sud, crede che queste spugne, quando ingrandito, potrebbe essere un'alternativa ecologica per affrontare le fuoriuscite di petrolio in mare.

Professor Cho Nam-Joon della NTU School of Materials Science and Engineering, che ha condotto lo studio, ha detto:"Regolando le proprietà materiali del polline, il nostro team ha sviluppato con successo una spugna che può mirare selettivamente all'olio in fonti d'acqua contaminate e assorbirlo. L'utilizzo di un materiale che si trova in abbondanza in natura rende anche la spugna economica, biodegradabile, ed ecologico».

Questo studio si basa sul lavoro di NTU sulla ricerca di nuovi usi per il polline, conosciuto come il diamante del regno vegetale per il suo aspetto duro, trasformando il suo guscio duro in particelle di microgel. questo morbido, il materiale simile al gel viene quindi utilizzato come elemento costitutivo per una nuova categoria di materiali sostenibili dal punto di vista ambientale.

L'anno scorso, Prof Cho, insieme al presidente della NTU, il professor Subra Suresh, ha portato un team di ricerca a creare un materiale simile alla carta dal polline come alternativa più ecologica alla carta creata dagli alberi. Questa "carta pollinica" si piega e si arriccia anche in risposta ai mutevoli livelli di umidità ambientale, una caratteristica che potrebbe essere utile per i robot morbidi, sensori, e muscoli artificiali.

Prof Cho, che detiene anche la cattedra della Materials Research Society di Singapore in Scienza e ingegneria dei materiali, ha aggiunto:"Il polline che non viene utilizzato per l'impollinazione delle piante è spesso considerato rifiuto biologico. Attraverso il nostro lavoro, cerchiamo di trovare nuovi usi per questo "rifiuto" e trasformarlo in una risorsa naturale rinnovabile, conveniente, e biodegradabile. Il polline è anche biocompatibile. Non provoca un effetto immunologico, reazione allergica o tossica in caso di esposizione ai tessuti del corpo, rendendolo potenzialmente adatto per applicazioni come medicazione di ferite, protesi, ed elettronica impiantabile."

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Materiali funzionali avanzati a marzo.

Costruire una spugna dal polline

Per formare la spugna, il team NTU ha prima trasformato i grani di polline ultra resistenti dei girasoli in un materiale flessibile, materiale simile al gel attraverso un processo chimico simile alla produzione di sapone convenzionale.

Questo processo include la rimozione del cemento pollinico a base di olio appiccicoso che ricopre la superficie del grano, prima di incubare il polline in condizioni alcaline per tre giorni. Il materiale gelatinoso risultante è stato quindi liofilizzato.

Questi processi hanno portato alla formazione di spugne di polline con architetture porose 3D. Le spugne sono state brevemente riscaldate a 200°C, un passaggio che rende stabile la loro forma e struttura dopo aver ripetutamente assorbito e rilasciato liquidi. Il riscaldamento ha anche portato a un duplice miglioramento della resistenza alla deformazione della spugna, gli scienziati hanno scoperto.

Per assicurarsi che la spugna colpisca selettivamente l'olio e non assorba acqua, gli scienziati lo hanno ricoperto con uno strato di acido stearico, un tipo di acido grasso che si trova comunemente nel grasso animale e vegetale. Ciò rende la spugna idrofoba pur mantenendo la sua integrità strutturale.

Gli scienziati hanno eseguito test di assorbimento dell'olio sulla spugna pollinica con oli e solventi organici di varia densità, come benzina, olio della pompa, e n-esano (una sostanza chimica trovata nel petrolio greggio).

Hanno scoperto che la spugna aveva una capacità di assorbimento nell'intervallo da 9,7 a oltre 29,3 g/g. Questo è paragonabile agli assorbenti commerciali in polipropilene, che sono derivati ​​del petrolio e hanno un intervallo di capacità di assorbimento da 8,1 a 24,6 g/g.

Hanno anche testato la spugna per la sua durata e riutilizzabilità immergendola ripetutamente in olio di silicone, poi spremere l'olio. Hanno scoperto che questo processo potrebbe andare avanti per almeno 10 cicli.

In un esperimento di proof-of-concept finale, il team ha testato la capacità di una spugna di 1,5 cm di diametro e 5 mm di altezza di assorbire l'olio del motore da un campione di acqua contaminata. La spugna ha assorbito prontamente l'olio del motore in meno di 2 minuti.

"Collettivamente, questi risultati dimostrano che la spugna di polline può assorbire e rilasciare selettivamente i contaminanti dell'olio e ha livelli di prestazioni simili agli assorbenti dell'olio commerciali, dimostrando proprietà convincenti come il basso costo, biocompatibilità, e produzione sostenibile, " ha detto il prof Cho, l'autore corrispondente di questo studio.

Andando avanti, i ricercatori hanno in programma di aumentare le dimensioni delle spugne di polline per soddisfare le esigenze dell'industria. Stanno anche cercando di collaborare con organizzazioni non governative e partner internazionali per condurre test pilota con spugne di polline in ambienti reali.

"Speriamo che i nostri materiali pollinici innovativi possano un giorno sostituire la plastica ampiamente utilizzata e aiutare a frenare il problema globale dell'inquinamento da plastica, " ha detto il prof Cho.