Con el rápido desarrollo del transporte marítimo, los accidentes de fugas de petróleo y solventes orgánicos ocurren con frecuencia, causando una grave contaminación del medio ambiente. Una gran superficie del mar está cubierta de contaminación por petróleo, lo que provocará la muerte de una gran cantidad de organismos en el mar debido a la falta de oxígeno y dañará el entorno ecológico marino. Al mismo tiempo, los productos químicos tóxicos en los contaminantes del petróleo se acumulan gradualmente en los organismos vivos, lo que en última instancia es perjudicial para la salud humana. Eliminar el petróleo crudo y los solventes orgánicos de la superficie del mar se ha convertido en un problema desafiante. Espuma de poliuretano como un material estructural poroso tridimensional, ampliamente utilizado en el campo de la absorción de aceite. En la actualidad, la investigación sobre el rendimiento de absorción de aceite de la espuma de poliuretano se centra principalmente en la modificación de la superficie de la espuma comercial. Sin embargo, las materias primas utilizadas para la síntesis comercial de espuma de poliuretano c
Proviene de recursos petroleros y no tiene características ambientales. Por lo tanto, es muy importante desarrollar un material de absorción de aceite de biomasa de alto rendimiento.
Recientemente, los investigadores Chen Jing y Zhu Jin del equipo de materiales de polímeros de base biológica del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo de la Academia de Ciencias de China y el equipo del profesor Yanning de la Universidad de Toronto trabajaron en el tratamiento de derrames de petróleo de adsorbentes de poliuretano a base de lignina en el mar (Chem. Inglés. J. 2021, 415, 128956; La Sociedad Americana de Química aplica nanomateriales. 2022, 5, 2848-2858; J. Tratamiento del agua. 2022, 46, 102643).
En primer lugar, el equipo preparó nanotubos de carbono compuestos de espuma adsorbida a base de poliuretano a base de lignina para una recuperación eficiente del petróleo crudo (Figura 1). El adsorbente utiliza el proceso de espuma de poliuretano tradicional y el método de preparación es simple. Bajo la luz solar (1000W / m2), la temperatura de la superficie de la espuma preparada puede ser de hasta 90 ° C, se puede recuperar más de 6 veces su propio peso de petróleo crudo en 6 minutos y se puede degradar en un ambiente alcalino, lo que hace que el material verde se use para la ingeniería verde. (Química. Inglés. J. 2021, 415, 128956)
Luego, el equipo trabajó con Huang Qing, un investigador del Laboratorio de Ingeniería de Materiales de Energía Avanzada, para introducir nanopartículas MXenes con una mejor dispersión, mayor eficiencia de conversión térmica y biodegradabilidad en la matriz de espuma (Figura 2). Los resultados muestran que la espuma de poliuretano compuesto de base biológica tiene una buena capacidad de conversión fototérmica (50,1%). A la luz solar (1000 W/m2), la temperatura de la superficie puede alcanzar hasta 83 °C, lo que permite la extracción eficiente de petróleo pesado. Lo que es más importante, el material se degrada en 0,5 mol / L de hidróxido de sodio / metanol después de la eliminación, y los residuos de degradación son principalmente sustancias ambientalmente inocuas que contienen dióxido de titanio y carbono. (ACS aplica nanomateriales). 2022, 5, 2848-2858)
Sobre esta base, el equipo desarrolló una nueva espuma de poliuretano a base de lignina magnética superhidrófóbica (figura 3) adaptada para una variedad de entornos complejos, con características de separación de aceite y agua en todo clima debido a su capacidad para recuperar petróleo crudo con luz solar y calor, y por las propiedades superficiales superhidrofóbicas en ausencia de luz solar para lograr la separación convencional de aceite y agua. La modificación de la superficie del silano lo hace superhidrofóbico, con un ángulo de contacto de agua de hasta 156 °. La introducción de las nanopartículas Fe3O4 da a la espuma excelentes propiedades fototérmicas y magnéticas. Bajo la luz solar (1000W / m2), la temperatura máxima de la superficie de la espuma puede alcanzar 66.5 ° C, la absorción del petróleo crudo es de 4.89 g / g / g. Al mismo tiempo, debido a la presencia de óxido de hierro, la espuma tiene un buen magnetismo.
La intensidad de magnetización de la saturación es de 5,48 emu/g. El adsorbente puede ser impulsado y reciclado por campos magnéticos. j. Tratamiento del agua. 2022, 46, 102643)
En resumen, los materiales compuestos de espuma de poliuretano a base de lignina diseñados y desarrollados por el equipo de polímeros de base biológica tienen excelentes propiedades en el tratamiento ambiental de fugas de solventes orgánicos o recuperación de petróleo crudo y se pueden degradar mediante métodos simples después de su uso, minimizando así la contaminación ambiental. Este trabajo no solo encontró una salida para la aplicación de espuma de poliuretano a base de lignina, sino que también proporcionó ideas para la aplicación futura de materiales poliméricos de base biológica.
Los resultados anteriores fueron apoyados por el Programa Nacional de I+D Prioridad (2017YFE0102300), el Proyecto OCE #29983 (Canadá), el Fondo Nacional de Ciencias Naturales (51902319, 31901263) y el Proyecto de Proyecto de Ciencia y Tecnología de Bienestar Público (202002N3127).
(Fuente: Oficina de Ciencia y Tecnología de la Ciudad de Ningbo)