Les marées noires sont des catastrophes mortelles pour les écosystèmes océaniques. Ils peuvent avoir des effets durables sur les poissons et les mammifères marins pendant des décennies et causer des ravages dans les forêts côtières, les récifs coralliens et les terres environnantes. Les dispersants chimiques sont souvent utilisés pour décomposer le pétrole, mais ils augmentent souvent la toxicité du processus.
Dans Lettres de physique appliquée , des chercheurs de l'Université Central South, de l'Université des sciences et technologies de Huazhong et de l'Université Ben Gourion du Néguev ont utilisé des traitements au laser pour transformer le liège ordinaire en un outil puissant pour traiter les marées noires.
Ils voulaient créer une solution non toxique et efficace de nettoyage du pétrole en utilisant des matériaux à faible empreinte carbone, mais leur décision d'essayer le liège est le résultat d'une découverte surprenante.
"Dans une autre expérience laser, nous avons accidentellement découvert que la mouillabilité du liège traité à l'aide d'un laser changeait de manière significative, acquérant des propriétés superhydrophobes (hydrofuges) et superoléophiles (attirant l'huile)," a déclaré l'auteur Yuchun He. "Après avoir ajusté correctement les paramètres de traitement, la surface du liège est devenue très sombre, ce qui nous a fait réaliser qu'il pourrait s'agir d'un excellent matériau pour la conversion photothermique."
"En combinant ces résultats avec les avantages écologiques et recyclables du liège, nous avons pensé à l'utiliser pour le nettoyage des marées noires", a déclaré l'auteur Kai Yin. "À notre connaissance, personne d'autre n'a essayé d'utiliser le liège pour nettoyer les marées noires."
Le liège provient de l’écorce des chênes-lièges, qui peuvent vivre des centaines d’années. Ces arbres peuvent être récoltés tous les sept ans environ, ce qui fait du liège un matériau renouvelable. Lorsque l'écorce est retirée, les arbres amplifient leur activité biologique pour la remplacer et augmenter leur stockage de carbone, de sorte que la récolte du liège contribue à atténuer les émissions de carbone.
Les auteurs ont testé des variantes d'un traitement laser à impulsion rapide pour obtenir l'équilibre optimal des caractéristiques du liège, pouvant être obtenu à faible coût.
Ils ont examiné de près les changements structurels nanoscopiques et mesuré le rapport entre l'oxygène et le carbone dans le matériau, les changements dans les angles avec lesquels l'eau et l'huile entrent en contact avec la surface, ainsi que l'absorption, la réflexion et l'émission des ondes lumineuses du matériau sur tout le spectre pour déterminer sa durabilité après. plusieurs cycles de réchauffement et de refroidissement.
Les propriétés photothermiques conférées au liège grâce à ce traitement laser permettent au liège de se réchauffer rapidement au soleil. Les rainures profondes augmentent également la surface exposée au soleil, de sorte que le liège peut être réchauffé par juste un peu de soleil en 10 à 15 secondes. Cette énergie est utilisée pour réchauffer le pétrole déversé, réduisant ainsi sa viscosité et facilitant sa collecte. Lors d'expériences, le liège traité au laser a récupéré l'huile de l'eau en deux minutes.
Les traitements au laser aident non seulement à mieux absorber l'huile, mais également à empêcher l'eau d'entrer.
"Lorsque le liège subit un traitement laser à impulsion rapide, sa microstructure de surface devient plus rugueuse", a déclaré Yin. "Cette rugosité de niveau micro à nano améliore l'hydrophobie."
En conséquence, le liège récupère l'huile sans absorber d'eau, de sorte que l'huile peut être extraite du liège et éventuellement même réutilisée.
"La récupération du pétrole est une tâche complexe et systématique, et notre objectif est de participer à la récupération du pétrole tout au long de son cycle de vie", a déclaré Yuchun He. "La prochaine étape consiste à préparer des matériaux électrothermiques en utilisant de la mousse de polyuréthane comme squelette pour l'adsorption du pétrole, en combinant des techniques photothermiques et électrothermiques pour former un système de récupération du pétrole tous temps."
Plus d'informations : Liège superhydrophobe noir structuré au laser femtoseconde pour un nettoyage efficace du pétrole brut par l'énergie solaire, Applied Physics Letters (2024). DOI :10.1063/5.0199291
Informations sur le journal : Lettres de physique appliquée
Fourni par l'Institut américain de physique
