Eduscience

Eduscience

Czy na zdjęciu to fotomontaż? Nie. Istnieje bowiem substancja o tak małej gęstości, że wykonany z niej walec o wysokości i średnicy około 2 cm w najmniejszym nawet stopniu nie wgniata puszystej struktury „dmuchawca”.

Zanieczyszczenie wody produktami ropopochodnymi oraz rożnego rodzaju rozpuszczalnikami organicznymi to problem nurtujący pracowników laboratoriów uniwersyteckich i przemysłowych. Ciekawe rozwiązanie tej kwestii przedstawili naukowcy z Uniwersytetu w Szanghaju w artykule opublikowanym w marcowym wydaniu Journal of Materials Chemistry A. Zaproponowali oni połączenie dwóch niezmiernie ciekawych materiałów: aerożelu oraz grafenu.

Aerożele są znane już od lat 30. ubiegłego wieku. Wzrost zainteresowania datuje się jednak na lata 80., kiedy opracowano nowe metody ich syntezy. Aerożele to porowate materiały, które przypominają pianę znaną z życia codziennego, z tą różnicą, że w przypadku areożelu pęcherze powietrza są zamknięte w ciele stałym. Mamy więc do czynienia ze sztywną pianą, w której zawartość powietrza przekracza 90%. Materiał ten charakteryzuje się bardzo małą gęstością, często poniżej 100 mg/cm³. Ze względu na porowatą strukturę  (fot. 1) mają bardzo wysoką powierzchnię właściwą (parametr wyrażający ile powierzchni przypada na np. 1 gram substancji), ponadto są stabilne do wysokich temperatur i mają dobre właściwości mechaniczne. Do tej pory na ścianki w aerożelu stosowano krzemionkę, czyli SiO₂. Naukowcy chińscy zastosowali jednak inny materiał, a mianowicie grafen. Grafen to pojedyncza warstwa grafitu, która posiada niezwykłe właściwości mechaniczne i elektryczne. Badacze z Uniwersytetu w Szanghaju wykorzystali kolejną właściwość grafenu, jaką jest hydrofobowość (czyli cechę substancji polegającą na tym, że woda nie zwilża jej powierzchni – fot. 2). Wykorzystując stosunkowo prostą metodę, udało im się wytworzyć aerożel, którego ścianki składają się wyłączenie z grafenu. Uzyskany materiał ma gęstość 5 mg/cm³ i jest tak lekki, że próbkę materiału można położyć na "dmuchawcu", czyli dojrzałym owocu mniszka lekarskiego, nie niszcząc jego delikatnej struktury (fot. 3). Dodatkowo jego powierzchnia właściwa wynosi 117 m²/g, czyli 1 gram ma powierzchnię równą połowie kortu do tenisa oraz jest silnie hydrofobowy, dzięki czemu naukowcy wykorzystali go do oczyszczania wody z zanieczyszczeń, które są hydrofobowe, np. oleje, substancje ropopochodne i rozpuszczalniki organiczne. W przeprowadzonym eksperymencie naukowcy zabarwili toluen (ciecz nierozpuszczalną w wodzie, będącą organicznym związkiem chemicznym), który zmieszali z wodą (fot. 4). Po kontakcie z aerożelem toluen został zaadsorbowany przez materiał w ciągu zaledwie dwóch sekund.

Zaprezentowany przez Liming Xu i współpracowników materiał ma wielki potencjał aplikacyjny, przede wszystkim może skutecznie oczyszczać wodę z zanieczyszczeń takich jak substancje ropopochodne czy rozpuszczalniki organiczne.

 

Tekst: dr Tomasz Szymborski

Źródło tekstu i ilustracji: J. Mater. Chem. A, 2015, 3 , 7498–7504. 

Galeria zdjęć

Zegarmistrzowie języka

Postrzeganie czasu jest dla funkcjonowania ludzkiego umysłu kluczowe. Jego zaburzenie powoduje trudności np. w komunikacji językowej. Prowadzone przez nas badania pokazują, jak można naprawić zepsuty „zegar neuronalny” u osób z trudnościami…

Czytaj więcej

Co ma tundra do dwutlenku węgla?

Tundra to przykład biomu, czyli obszaru o określonym świecie roślinnym i zwierzęcym w danej strefie klimatycznej. Występuje głównie na półkuli północnej na obszarze Arktyki i pokrywa ok. 20% powierzchni Ziemi.

Czytaj więcej