Le fuoriuscite di petrolio sono disastri mortali per gli ecosistemi oceanici. Possono avere impatti duraturi sui pesci e sui mammiferi marini per decenni e devastare le foreste costiere, le barriere coralline e il territorio circostante. I disperdenti chimici vengono spesso utilizzati per scomporre il petrolio, ma spesso aumentano la tossicità nel processo.
In Lettere di fisica applicata , i ricercatori della Central South University, dell'Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong e dell'Università Ben-Gurion del Negev hanno utilizzato trattamenti laser per trasformare il normale sughero in un potente strumento per il trattamento delle fuoriuscite di petrolio.
Volevano creare una soluzione non tossica ed efficace per la pulizia del petrolio utilizzando materiali con un basso impatto di carbonio, ma la loro decisione di provare il sughero è il risultato di una scoperta sorprendente.
"In un diverso esperimento laser, abbiamo scoperto per caso che la bagnabilità del sughero lavorato utilizzando un laser è cambiata in modo significativo, acquisendo proprietà superidrofobiche (idrorepellenti) e superoleofile (attrattive per l'olio)," ha detto l'autore Yuchun He. "Dopo aver opportunamente regolato i parametri di lavorazione, la superficie del sughero è diventata molto scura, il che ci ha fatto capire che poteva essere un ottimo materiale per la conversione fototermica."
"Combinando questi risultati con i vantaggi ecologici e riciclabili del sughero, abbiamo pensato di utilizzarlo per la pulizia delle fuoriuscite di petrolio in mare", ha affermato l'autore Kai Yin. "Per quanto ne sappiamo, nessun altro ha provato a utilizzare il sughero per ripulire le fuoriuscite di petrolio in mare."
Il sughero proviene dalla corteccia delle querce da sughero, che possono vivere per centinaia di anni. Questi alberi possono essere raccolti circa ogni sette anni, rendendo il sughero un materiale rinnovabile. Quando la corteccia viene rimossa, gli alberi amplificano la loro attività biologica per sostituirla e aumentare lo stoccaggio del carbonio, quindi la raccolta del sughero aiuta a mitigare le emissioni di carbonio.
Gli autori hanno testato variazioni di un trattamento laser a pulsazione rapida per ottenere l'equilibrio ottimale delle caratteristiche del sughero che può essere ottenuto a basso costo.
Hanno esaminato attentamente i cambiamenti strutturali nanoscopici e misurato il rapporto tra ossigeno e carbonio nel materiale, i cambiamenti negli angoli con cui l'acqua e l'olio entrano in contatto con la superficie e l'assorbimento, la riflessione e l'emissione delle onde luminose del materiale attraverso lo spettro per determinarne la durabilità dopo cicli multipli di riscaldamento e raffreddamento.
Le proprietà fototermiche conferite al sughero attraverso questa lavorazione laser permettono al sughero di riscaldarsi rapidamente al sole. Le profonde scanalature aumentano anche la superficie esposta alla luce solare, quindi il sughero può essere riscaldato anche solo da un po' di luce solare in 10-15 secondi. Questa energia viene utilizzata per riscaldare l'olio fuoriuscito, abbassandone la viscosità e facilitandone la raccolta. Negli esperimenti, il sughero trattato al laser ha raccolto l'olio fuori dall'acqua entro due minuti.
I trattamenti laser non solo aiutano ad assorbire meglio l'olio, ma agiscono anche per tenere lontana l'acqua.
"Quando il sughero viene sottoposto a un trattamento laser a pulsazione rapida, la sua microstruttura superficiale diventa più ruvida", ha detto Yin. "Questa rugosità a livello da micro a nano aumenta l'idrofobicità."
Di conseguenza, il tappo raccoglie l'olio senza assorbire acqua, quindi l'olio può essere estratto dal sughero ed eventualmente anche riutilizzato.
"Il recupero del petrolio è un compito complesso e sistematico e il nostro obiettivo è partecipare al recupero del petrolio durante il suo intero ciclo di vita", ha affermato Yuchun He. "Il passo successivo è preparare materiali elettrotermici utilizzando la schiuma di poliuretano come scheletro per l'adsorbimento dell'olio, combinando tecniche fototermiche ed elettrotermiche per formare un sistema di recupero dell'olio per tutte le stagioni."
Ulteriori informazioni: Sughero nero superidrofobico strutturato con laser a femtosecondi per un'efficiente pulizia del petrolio greggio grazie all'energia solare, Applied Physics Letters (2024). DOI:10.1063/5.0199291
Informazioni sul giornale: Lettere di fisica applicata
Fornito dall'American Institute of Physics
