Cactus ще ви каже как да почистите водата от нефтени разливи - Екологичен сборник
Малки медни шипове, моделирани като тези на кактус, може да са в състояние да премахнат маслото от водата и да помогнат за почистването на нефтени разливи, казват изследователите.
Учените от Пекин представиха откритията си на Nature Communications, седмично рецензирано издание, обхващащо областите на физиката, химията, биологията и науките за земята.
Миналата година изследователи от Пекин съобщиха за откриването на интересен факт: коничните игли на кактуса „заешки уши“, иначе бодливата круша с малък косъм (лат. Opuntia microdasys), могат да събират вода от въздуха. Водните капки се събират на върха на тръна и след това се спускат към основата на тръна, поради взаимодействието на силите на повърхностно напрежение с повърхността на тръна.
Учените съобщават, че според резултатите от изследването синтетичните шипове са в състояние да отделят и събират маслени капчици от водата по описания по-горе начин. Съобщава се също, че вече е създадена синтетична "кактусова кожа", в която иглите наистина почистват водата от масло и маслени петна.
Въпреки че водата и маслото не се смесват, ако много малки капки масло се смесят във водата, става почти невъзможно да ги разделите. Ярък пример е хомогенизираното мляко, в което най-малките капчици мазнина остават отделно завинаги, без да се събират заедно и да изплуват на повърхността на течността.
Описвайки своя метод, Lei Jiang, ръководител на изследователския проект, каза: „Създадохме набор от игли. Всяка заострена игла в масива е малко устройство за събиране на масло. Такъв масив може да събира маслени капчици с микронни размери от водата непрекъснато и ефективно.
Масиви от игли0,5 mm може да събира масло от вода
Синтетичните игли са с дължина половин милиметър и премахват малка капка масло или масло от микрон от водата, което е много трудно да се направи по друг начин. По време на тестовете беше установено, че шестоъгълни масиви от такива игли могат да съберат около 99% от маслото, чиито най-малки капчици бяха старателно смесени с вода.
Иглите са направени от два различни материала, мед и силициев полимер. Учените забелязват, че съставът на материала, който е близък до петрола, заедно с формата на конуса, играят голяма роля за работата на устройството, но по-твърдите конуси вършат работата много по-добре и по-ефективно събират маслото от водата.
С тази технология е възможно сместа (снимката вляво) да се раздели на почти чисто масло (в центъра) и вода (вдясно).
„Това е страхотна работа, която показва перфектния пример за първо описване на интересна биологична система и след това да се направи една стъпка напред чрез решаване на инженерен проблем“, каза професор Джоана Айзенберг от Харвардския университет. „Това проучване показва не само способността ни да се учим от природата, но и възможността да приложим тези знания в биодизайна. Прекрасен експеримент, който според мен е много ефективен за пълно събиране на масло от вода. Следващата стъпка трябва да бъде провеждането на експерименти в полето."
Това явление се основава на факта, че радиусът на повърхността на конуса близо до върха е много малък и се увеличава от върха към основата. Това причинява спад на налягането за капката в края на иглата в сравнение с нейната основа, което кара течността да се движи към най-широката част на конуса. И в хода на движението капката улавя по-малки и се слива с тяхосновата на конуса.
Учените тестваха различни варианти на смеси масло-вода, включително растителни масла, бензин и органични разтворители, всички смесени с вода и след това успешно разделени.
Копирането на дизайни и процеси от майката природа се нарича биомимикрия. Това е нововъзникваща област на технологията на материалите, а самите материали се наричат биомиметични.
Професор Стивън Мичиелсен от Държавния университет на Северна Каролина сподели мнението си за екипа от Пекин: „Основното им изследване се опитва да имитира природата. Вчера те разглеждаха паяжини и кактуси, а днес използват същите методи за събиране на малки капчици масло от водата. Този метод също трябва да работи добре за отстраняване на малки капчици масло от въздуха, проблем, който възниква, когато възникне теч и маслото се аерозолира в, например, контейнер със сгъстен въздух.
Това е много добър начин да наблюдавате какво се случва в природата и след това да имитирате тези процеси. Природата е усъвършенствала методите през годините и тази група изследователи са свършили огромна работа за обединяването на всички естествени процеси в един работещ и ефективен метод.“