Губка из нанотрубок избавит от промышленных отходов

Внешний вид и поперечное сечение губки из нанотрубок; изображения получены с помощью электронного сканирующего микроскопа. (Рисунок из Adv. Mater., 2009, DOI: 10.1002/adma.200902986)

Химики из Китая разработали прочный губкообразный материал из углеродных нанотрубок, который может применяться для селективной абсорбции нефти и летучих органических веществ. Губки легче воды, они могут поглощать массу неполярных веществ, в 180 раз превышающую массу самого пористого материала. Последнее обстоятельство может оказаться весьма полезным для удаления промышленных загрязнений.

Руководитель исследования Анюань Као (Anyuan Cao) из Университета Пекина отмечает, что он восхищен потенциалом разработанного в его группе материала. По его словам, новые губки могут поглощать разнообразные липофильные соединения от летучих растворителей до вязких масел, губки отличаются эластичностью и прочностью. Абсорбировавшуюся органику можно извлечь из губки и использовать абсорбент повторно, новый материал остается устойчивым по отношению к жестким условиям, как например высокая температура или морская вода.

Обычно при производстве нанотрубок стараются получить упорядоченные системы, однако исследователи из группы Као поставили перед собой цель получить нанотрубки с максимально возможной длиной, которые при этом могли находиться в неупорядоченном состоянии и даже быть спутанными между собой. Для получения аморфной смеси многостенных углеродных нанотрубок длиной в сотни микрометров химики из Пекина применили процесс химического осаждения паров [chemical vapour deposition (CVD)]. Благодаря хаотичному расположению нанотрубок полученный материал отличается высокопористым строением и характеризуется крайне низкой плотностью (5–10 мг/см3).

Пространственное строение материала позволяет нанотрубкам перемещаться друг относительно друга, что придает полученным губкам высокую эластичность. Для подготовки губок к поглощению исследователи замачивали их в этиловом спирте, после чего медленно высушивали, отжимая и получая уплотненные черные таблетки, уменьшая объем материала в 10–20 раз. При контакте таблеток с липофильными органическими веществами неполярные соединения заполняют пустоты между нанотрубками, благодаря чему губки быстро восстанавливают исходную форму и размеры.

Губка из нанотрубок очищает поверхность воды от разлитого дизельного топлива, распухая по мере поглощения неполярной жидкости. (Рисунок из Adv. Mater., 2009, DOI: 10.1002/adma.200902986)

Као считает, что использование нанотрубок в качестве абсорбентов промышленных загрязнений не сделает основанный на этом процесс очистки неоправданно дорогим. Он заявляет, что стоимость создания новых губок сантиметрового размера невысока, а оборудование для их получения может быть масштабировано до объемов среднего производства. Несомненным достоинством нового материала, по мнению китайского исследователя, также является возможность многократного использования губки (Као предполагает, что материал может быть использован для очистки не менее тысячи раз).

Ян Кинлох (Ian Kinloch), специалист по нанотрубкам из Университета Манчестера отмечает, что полученный его китайскими коллегами представляет собой аэрогель из нанотрубок, который, однако, не отличается хрупкостью, обычно присущей аэрогелям. Он добавляет, что подобные системы на основе нанотрубок были получены и ранее, однако китайские исследователи впервые применили такие аэрогели в роли губок, которые потенциально могут найти достаточно широкое применение.

Кинлох отмечает, что новый материал может использоваться не только как губка для впитывания промышленных загрязнений. Он уверен, что новый аэрогель можно будет применить для создания высокопроизводительных фильтрующих систем, тепло- и звукоизолирующих материалов. Исследователь из Манчестера считает, что в будущем функционализация поверхности нанотрубок сможет повысить их селективность, что позволит получить сорбенты, селективно поглощающие какой-либо один конкретный растворитель или неполярное вещество.