Ugljikova spužva koja upija naftu iz vode s dosad neviđenom učinkovitosti, razvijena je uz pomoć računalnih simulacija u znanstvenom laboratoriju Oak Ridge National Laboratory (ORNL) američkog Ministarstva energetike.
Ugljikove nanocjevčice, koje se sastoje od ugljikovih listova debljine jednog atoma i savijenih u cilindre, zaokupljaju pozornost znanstvenika u posljednjih nekoliko desetljeća zbog svoje visoke čvrstoće, potencijala za visoku provodljivost i male težine. Veća proizvodnja nanocijevi za specijalizirane primjene često je bila ograničena poteškoćama u kontroli procesa rasta, kao i raspršivanja i sortiranja proizvedenih nanocijevi.
Bobby Sumpter sa ORNL dio je multi-institucionalnog istraživačkog tima koji je postigao rast velikih nakupina nanocijevi pomoću selektivne zamjene atoma bora u, inače čistim, ugljikovim rešetkama. Sumpter i Vincent Meunier, sa instituta Rensselaer Polytechnic Institute, proveli su simulacije na superračunalima, uključujući i računalo Jaguar na ORNL, da istraže kako bi dodavanje atoma bora moglo utjecati na strukturu ugljičnih nanocijevi.
“Svaki put kada stavite neki drugi atom unutar heksagonalne rešetke ugljika, poremeti se ta mreža jer se drugačiji atomi ne moraju nužno uklopiti i biti dio navedene strukture”, rekao je Sumpter. “Bor ima različit broj valentnih elektrona, što rezultira promjenama u zakrivljenosti koje aktiviraju različite vrste rasta.”
Simulacije i laboratorijski eksperimenti pokazali su da dodavanje atoma bora potiče formiranje takozvanih “lakatnih” spojeva koji pomažu da nanocjevčice izrastu u trodimenzionalnu mrežu.
“Umjesto šume ravnih cijevi, stvara se materijal koji je tkan poput spužve s međusobno povezanim cijevima”, kaže Sumpter. “Budući da su cijevi međusobno povezane, materijal postaje jak po tri dimenzije, umjesto da je jak samo po jednoj dimenziji duž osi cijevi.”
Spužva koja upija naftu iz vode
Daljnji eksperimenti su pokazali da je taj materijal, koji je vidljiv ljudskom oku, vrlo učinkovit u upijanju nafte u zagađenoj morskoj vodi, jer privlači ulje a odbija vodu.
“Materijal voli ugljik jer je i on prvenstveno ugljik”, rekao je Sumpter. “Ovisno o gustoći nafte u vodi i gustoći mreže u toj spužvi, ona će apsorbirati količinu nafte i do 100 puta veću od svoje težine.”
Mehanička fleksibilnost materijala, njegova magnetska svojstva i snaga daju mu dodatnu privlačnost kao potencijalnoj tehnologiji za pomoć kod čišćenja nafte nakon izlijevanja, navodi Sumpter.
“Materijal možete stalno koristiti iznova jer je tako snažan”, kazao je. “Spaljivanjem se njegova sposobnost upijanja nafte ne smanjuje mnogo, a ne oštećuje ga niti stiskanje poput spužve.”
Magnetska svojstva materijala, uzrokovana uporabom katalizatora od željeza tijekom procesa rasta nanocijevi, rezultiraju time da se nečistoća može lako kontrolirati ili ukloniti pomoću magneta u slučaju čišćenja zagađenja naftom. Ova sposobnost je poboljšanje u odnosu na postojeće tvari koje se koriste pri uklanjanju nafte, a koje se često ostavljaju nakon čišćenja i mogu degradirati okoliš.
Istraživački tim je podnio patentnu prijavu putem američkog sveučilišta Rice. U istraživanju su sudjelovali znanstvenici iz ORNL, američkih sveučilišta Pennsylvania State University, Rice University, University of Illinois, Arizona State University, Rensselaer Polytechnic Institute, američke vojske Air Force Office of Scientific Research Laboratory, kao i znanstvenici sa sveučilišta de Vigo i Instituto de Microelectronica u Španjolskoj, sveučilišta Universite Catholique de Louvain u Belgiji te Shinshu University iz Japana.