Los derrames de petróleo son desastres mortales para los ecosistemas oceánicos. Pueden tener impactos duraderos en peces y mamíferos marinos durante décadas y causar estragos en los bosques costeros, los arrecifes de coral y las tierras circundantes. Los dispersantes químicos se utilizan a menudo para descomponer el petróleo, pero a menudo aumentan la toxicidad en el proceso.
En Cartas de Física Aplicada , investigadores de la Universidad Central Sur, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong y la Universidad Ben-Gurion del Negev utilizaron tratamientos con láser para transformar el corcho común en una poderosa herramienta para tratar derrames de petróleo.
Querían crear una solución de limpieza de petróleo eficaz y no tóxica utilizando materiales con una baja huella de carbono, pero su decisión de probar el corcho se debió a un descubrimiento sorprendente.
"En otro experimento con láser, descubrimos accidentalmente que la humectabilidad del corcho procesado con láser cambió significativamente, adquiriendo propiedades superhidrófobas (que repelen el agua) y superoleófilas (que atraen el aceite)", dijo el autor Yuchun He. "Después de ajustar adecuadamente los parámetros de procesamiento, la superficie del corcho se volvió muy oscura, lo que nos hizo darnos cuenta de que podría ser un material excelente para la conversión fototérmica."
"Combinando estos resultados con las ventajas ecológicas y reciclables del corcho, pensamos en usarlo para la limpieza de derrames de petróleo marino", dijo el autor Kai Yin. "Hasta donde sabemos, nadie más ha intentado utilizar corcho para limpiar derrames de petróleo marinos."
El corcho proviene de la corteza de los alcornoques, que pueden vivir cientos de años. Estos árboles se pueden cosechar aproximadamente cada siete años, lo que convierte al corcho en un material renovable. Cuando se elimina la corteza, los árboles amplifican su actividad biológica para reemplazarla y aumentar su almacenamiento de carbono, por lo que la recolección de corcho ayuda a mitigar las emisiones de carbono.
Los autores probaron variaciones de un tratamiento con láser de pulsación rápida para lograr el equilibrio óptimo de características en el corcho que se puede lograr a bajo costo.
Examinaron de cerca los cambios estructurales nanoscópicos y midieron la proporción de oxígeno y carbono en el material, los cambios en los ángulos con los que el agua y el aceite entran en contacto con la superficie y la absorción, reflexión y emisión de ondas de luz del material en todo el espectro para determinar su durabilidad después. múltiples ciclos de calentamiento y enfriamiento.
Las propiedades fototérmicas dotadas al corcho mediante este procesamiento láser permiten que el corcho se caliente rápidamente al sol. Las ranuras profundas también aumentan la superficie expuesta a la luz solar, por lo que el corcho se puede calentar con solo un poco de luz solar en 10 a 15 segundos. Esta energía se utiliza para calentar el petróleo derramado, reduciendo su viscosidad y facilitando su recogida. En experimentos, el corcho tratado con láser extrajo aceite del agua en dos minutos.
Los tratamientos con láser no solo ayudan a absorber mejor la grasa, sino que también evitan la entrada de agua.
"Cuando el corcho se somete a un tratamiento con láser de pulsación rápida, la microestructura de su superficie se vuelve más rugosa", dijo Yin. "Esta rugosidad de nivel micro a nano mejora la hidrofobicidad."
Como resultado, el corcho recoge el aceite sin absorber agua, por lo que el aceite puede extraerse del corcho y posiblemente incluso reutilizarse.
"La recuperación de petróleo es una tarea compleja y sistemática, y nuestro objetivo es participar en la recuperación de petróleo durante todo su ciclo de vida", dijo Yuchun He. "El siguiente paso es preparar materiales electrotérmicos utilizando espuma de poliuretano como esqueleto para la adsorción de petróleo, combinando técnicas fototérmicas y electrotérmicas para formar un sistema de recuperación de petróleo para todo clima".
Más información: Corcho superhidrófobo negro estructurado con láser de femtosegundo para una limpieza eficiente del petróleo crudo impulsada por energía solar, Applied Physics Letters (2024). DOI:10.1063/5.0199291
Información de la revista: Cartas de Física Aplicada
Proporcionado por el Instituto Americano de Física
