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Jun 06, 2023

Facile sintesi di spugne flessibili in polipropilene macroporoso per la separazione di olio e acqua

Scientific Reports volume 6, numero articolo: 21265 (2016) Cita questo articolo 6742 Accessi 56 Citazioni Dettagli metrici I disastri legati alla fuoriuscita di petrolio si verificano sempre accidentalmente, accompagnati dal rilascio di

Scientific Reports volume 6, numero articolo: 21265 (2016) Citare questo articolo

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I disastri legati alla fuoriuscita di petrolio si verificano sempre in modo accidentale, accompagnati dal rilascio di grandi quantità di petrolio greggio che potrebbe diffondersi rapidamente su una vasta area, creando enormi danni al fragile sistema ecologico marino. Pertanto, la facile sintesi su larga scala di assorbenti porosi tridimensionali idrofobici (3-D) da materie prime a basso costo è urgentemente richiesta. In questo studio, riportiamo la facile sintesi senza modello della spugna di polipropilene (PP) utilizzando una tecnica di separazione di fase indotta termicamente (TIPS). La spugna ottenuta mostrava struttura macroporosa, eccellenti proprietà meccaniche, elevata idrofobicità e superoleofilicità. L'olio può essere separato da una miscela olio/acqua semplicemente immergendo la spugna nella miscela e successivamente strizzando la spugna. Tutte queste caratteristiche rendono questa spugna l'assorbente per olio più promettente che sostituirà i tessuti non tessuti in PP commerciali.

I frequenti incidenti legati alla fuoriuscita di petrolio hanno rappresentato un problema ecologico, ambientale ed economico a livello mondiale che minaccia l’essere umano. Nel 2010, la fuoriuscita di petrolio nel Golfo del Messico ha rilasciato una quantità record di petrolio greggio e ha causato ingenti danni all’ecosistema naturale dell’oceano e delle acque costiere. Con l’esaurimento del petrolio greggio onshore, l’esplorazione e la produzione di petrolio greggio offshore diventeranno importanti in futuro, aumentando il rischio di incidenti legati alla fuoriuscita di petrolio.

La combustione in situ1,2,3, il biorisanamento4,5,6, i disperdenti7,8, il dragaggio, la scrematura9 e la solidificazione sono le tecniche comunemente utilizzate per la bonifica della fuoriuscita di petrolio. Tuttavia, questi metodi provocano sempre effetti negativi sull’ambiente e spesso hanno una scarsa efficienza. I materiali porosi tridimensionali (3-D) idrofobici con aree superficiali elevate specifiche hanno una forte capacità di assorbire olio o liquidi organici dalla fase acquosa, che rappresenta un approccio semplice per il trattamento delle fuoriuscite di petrolio10,11,12,13,14. Recentemente, numerosi studi si sono concentrati sulla progettazione degli assorbenti, ad esempio, spugna di melammina superidrofobica15, gel macroporoso simile al marshmallow16, aerogel di nanofibra di carbonio17,18,19,20, spugna di nanotubi di carbonio21 e grafene spugnoso22,23. Tutti questi materiali hanno mostrato elevata idrofobicità e comprimibilità, consentendo l’assorbimento efficiente dell’olio e il suo recupero spremendo manualmente gli assorbenti. Tuttavia, questi metodi richiedono molto tempo per la loro preparazione e, cosa più importante, necessitano di sostanze chimiche molto costose, limitando così le loro applicazioni commerciali. Le fuoriuscite di petrolio si verificano sempre in modo accidentale e l'olio fuoriuscito potrebbe diffondersi su un'ampia area in breve tempo. Pertanto, è impegnativo, ma anche indispensabile, sviluppare un metodo efficiente, economico e su larga scala per produrre assorbenti per olio da materie prime a basso costo.

Il polipropilene (PP) è un polimero idrofobo-oleofilo disponibile in commercio con gruppi metilici posizionati nella struttura portante delle catene polimeriche. Il PP è chimicamente resistente ai solventi organici, alle basi e agli acidi, il che ne consente l'utilizzo come assorbente per oli senza ulteriori modifiche e reticolazioni. Il PP è ragionevolmente economico, il che lo rende il materiale ideale per la bonifica delle fuoriuscite di petrolio. Sebbene i tessuti non tessuti in PP prodotti con la tecnica dell'elettrofilatura o con il metodo melt-blown siano stati ampiamente utilizzati nella bonifica delle fuoriuscite di petrolio24,25,26, non mostrano proprietà comprimibili, che ne impediscono l'utilizzo per il recupero dell'olio assorbito attraverso la spremitura meccanica procedura. Inoltre, i tessuti non tessuti in PP devono affrontare problemi quali costi elevati per il dispositivo e lunghi tempi di produzione.

Per risolvere i problemi di cui sopra, un PP spugnoso che combina la proprietà comprimibile della spugna e le proprietà di basso costo, idrofobicità e resistenza chimica del PP dovrebbe essere un assorbente perfetto per la pulizia delle fuoriuscite di petrolio. Con questa ispirazione, qui presentiamo la fabbricazione di una spugna in PP utilizzando la tecnica di separazione di fase indotta termicamente (TIPS)27,28,29,30,31,32. La presente spugna in PP presenta molti vantaggi rispetto ad altri materiali porosi tridimensionali idrofobici: 1) Tutti i prodotti chimici sono disponibili in commercio ed economici, rendendo possibile la sintesi della spugna anche su scala commerciale; e 2) Non sono necessari dispositivi costosi per la fabbricazione della spugna, suggerendo che il metodo è molto adatto alla produzione industriale.