Cortiça tratada a laser absorve óleo para limpeza neutra em carbono dos oceanos
Para remover o óleo da água, os autores utilizaram cortiça tratada por um método de laser de pulsação rápida que remove algum oxigénio do material, aumentando o carbono relativo e tornando-o mais repelente à água e atraindo óleo. O tratamento a laser também altera a estrutura da cortiça:quando visto ao nível nanoscópico, o material apresenta sulcos profundos, que aumentam a área superficial total da cortiça e permitem reter a luz solar e aquecer o óleo, facilitando a recolha do óleo. Crédito:Yuchun He Os derramamentos de petróleo são desastres mortais para os ecossistemas oceânicos. Podem ter impactos duradouros nos peixes e nos mamíferos marinhos durante décadas e causar estragos nas florestas costeiras, nos recifes de coral e nas terras circundantes. Dispersantes químicos são frequentemente usados para decompor o petróleo, mas muitas vezes aumentam a toxicidade no processo.
Em Cartas de Física Aplicada , investigadores da Universidade Central Sul, da Universidade Huazhong de Ciência e Tecnologia e da Universidade Ben-Gurion do Negev utilizaram tratamentos a laser para transformar a cortiça comum numa ferramenta poderosa para o tratamento de derrames de petróleo.
Queriam criar uma solução de limpeza de óleo eficaz e não tóxica, utilizando materiais com baixa pegada de carbono, mas a decisão de experimentar a cortiça resultou de uma descoberta surpreendente.
“Numa experiência diferente com laser, descobrimos acidentalmente que a molhabilidade da cortiça processada com laser mudou significativamente, ganhando propriedades superhidrofóbicas (repelir a água) e superoleofílicas (atrair óleo)”, disse o autor Yuchun He. “Depois de ajustarmos adequadamente os parâmetros de processamento, a superfície da cortiça ficou muito escura, o que nos fez perceber que poderia ser um excelente material para conversão fototérmica.”
“Combinando estes resultados com as vantagens ecológicas e recicláveis da cortiça, pensámos em utilizá-la para a limpeza de derrames de petróleo marinhos”, disse o autor Kai Yin. “Tanto quanto sabemos, ninguém mais tentou usar cortiça para limpar derrames de petróleo marinho”.
A cortiça provém da casca dos sobreiros, que podem viver centenas de anos. Estas árvores podem ser colhidas a cada sete anos, tornando a cortiça um material renovável. Quando a casca é removida, as árvores amplificam a sua atividade biológica para substituí-la e aumentar o seu armazenamento de carbono, pelo que a colheita de cortiça ajuda a mitigar as emissões de carbono.
Os autores testaram variações de um tratamento a laser de pulsação rápida para alcançar o equilíbrio ideal de características da cortiça que pode ser alcançado a baixo custo.
Eles examinaram de perto as mudanças estruturais nanoscópicas e mediram a proporção de oxigênio e carbono no material, as mudanças nos ângulos com os quais a água e o óleo entram em contato com a superfície e a absorção, reflexão e emissão de ondas de luz do material em todo o espectro para determinar sua durabilidade após múltiplos ciclos de aquecimento e resfriamento.
As propriedades fototérmicas conferidas à cortiça através deste processamento a laser permitem que a cortiça aqueça rapidamente ao sol. Os sulcos profundos também aumentam a área de superfície exposta à luz solar, de modo que a cortiça pode ser aquecida com apenas um pouco de luz solar em 10–15 segundos. Essa energia é utilizada para aquecer o óleo derramado, diminuindo sua viscosidade e facilitando sua coleta. Em experiências, a cortiça tratada com laser recolheu óleo da água em dois minutos.
Os tratamentos a laser não apenas ajudam a absorver melhor o óleo, mas também atuam para impedir a entrada de água.
“Quando a cortiça é submetida a um tratamento a laser de pulsação rápida, a sua microestrutura superficial torna-se mais áspera”, disse Yin. "Esta rugosidade de nível micro a nano aumenta a hidrofobicidade."
Como resultado, a cortiça recolhe o óleo sem absorver água, pelo que o óleo pode ser extraído da cortiça e possivelmente até reutilizado.
"A recuperação de petróleo é uma tarefa complexa e sistemática, e participar na recuperação de petróleo ao longo de todo o seu ciclo de vida é o nosso objetivo", disse Yuchun He. "O próximo passo é preparar materiais eletrotérmicos usando espuma de poliuretano como esqueleto para adsorção de óleo, combinando técnicas fototérmicas e eletrotérmicas para formar um sistema de recuperação de óleo para qualquer clima."
Mais informações: Cortiça superhidrofóbica preta estruturada com laser de femtosegundo para limpeza eficiente de petróleo bruto por energia solar, Applied Physics Letters (2024). DOI:10.1063/5.0199291 Informações do diário: Cartas de Física Aplicada
