El petróleo puede extraerse del corcho y posiblemente incluso reutilizarse
Los derrames de petróleo son desastres mortales para los ecosistemas oceánicos. Pueden tener duraderos impactos en peces, aves y mamíferos marinos durante décadas y causar estragos en los bosques costeros, los arrecifes de coral y las tierras circundantes. Los dispersantes químicos se utilizan a menudo para descomponer el petróleo, pero a menudo aumentan la toxicidad en el proceso.
Investigadores de la Universidad Central Sur, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, ambas de China, utilizaron tratamientos con láser para transformar el corcho común en una poderosa herramienta para tratar derrames de petróleo.
Querían crear una solución de limpieza de petróleo eficaz y no tóxica utilizando materiales con una baja huella de carbono, pero su decisión de probar el corcho se debió a un sorprendente descubrimiento.
"En un experimento con láser diferente, descubrimos accidentalmente que la humectabilidad del corcho procesado con láser cambió significativamente, adquiriendo propiedades superhidrófobas (que repelen el agua) y superoleófilas (que atraen el petróleo)", dijo el autor Yuchun He. "Después de ajustar adecuadamente los parámetros de procesamiento, la superficie del corcho se volvió muy oscura, lo que nos hizo darnos cuenta de que podría ser un material excelente para la conversión fototérmica".
"Combinando estos resultados con las ventajas ecológicas y reciclables del corcho, pensamos en usarlo para la limpieza de derrames de petróleo marino", dijo el autor Kai Yin. "Hasta donde sabemos, nadie más ha intentado utilizar corcho para limpiar derrames de petróleo marinos".
El corcho proviene de la corteza de los alcornoques, que pueden vivir cientos de años. Estos árboles se pueden cosechar aproximadamente cada siete años, lo que convierte al corcho en un material renovable. Cuando se quita la corteza, los árboles amplifican su actividad biológica para reemplazarla y aumentar su almacenamiento de carbono, por lo que la recolección de corcho ayuda a mitigar las emisiones de carbono.
Imagen: Para eliminar el petróleo del agua, los autores utilizaron corcho tratado con un método láser de pulsación rápida que elimina algo de oxígeno del material, aumentando el carbono relativo y haciéndolo más repelente al agua y atractivo para el petróleo. El tratamiento con láser también altera la estructura del corcho: cuando se ve a nivel nanoscópico, el material tiene ranuras profundas, que aumentan la superficie total del corcho y le permiten atrapar la luz solar y calentar el petróleo, lo que facilita su recolección. Crédito: Yuchun He
Los autores probaron variaciones de un tratamiento con láser de pulsación rápida para lograr el equilibrio óptimo de características en el corcho que se puede lograr a bajo costo.
Examinaron de cerca los cambios estructurales nanoscópicos y midieron la proporción de oxígeno y carbono en el material, los cambios en los ángulos con los que el agua y el petróleo entran en contacto con la superficie, y la absorción, reflexión y emisión de ondas de luz del material en todo el espectro para determinar su durabilidad después de múltiples ciclos de calentamiento y enfriamiento.
Las propiedades fototérmicas dotadas al corcho mediante este procesamiento láser permiten que el corcho se caliente rápidamente al sol. Las ranuras profundas también aumentan la superficie expuesta a la luz solar, por lo que el corcho se puede calentar con solo un poco de luz solar en 10 a 15 segundos. Esta energía se utiliza para calentar el petróleo derramado, reduciendo su viscosidad y facilitando su recogida. En los experimentos, el corcho tratado con láser extrajo petróleo del agua en dos minutos.
Los tratamientos con láser no sólo ayudan a absorber mejor el petróleo, sino que también evitan la entrada de agua.
"Cuando el corcho se somete a un tratamiento con láser de pulsación rápida, la microestructura de su superficie se vuelve más rugosa", dijo Yin. "Esta rugosidad de nivel micro a nano mejora la hidrofobicidad".
Como resultado, el corcho recoge el petróleo sin absorber agua, por lo que el petróleo puede extraerse del corcho y posiblemente incluso reutilizarse.
"La recuperación de petróleo es una tarea compleja y sistemática, y nuestro objetivo es participar en la recuperación de petróleo durante todo su ciclo de vida", dijo Yuchun He. "El siguiente paso es preparar materiales electrotérmicos utilizando espuma de poliuretano como esqueleto para la adsorción de petróleo, combinando técnicas fototérmicas y electrotérmicas para formar un sistema de recuperación de petróleo para todo clima".
La investigación se ha publicado en Applied Physics Letters: Femtosecond laser structured black superhydrophobic cork for efficient solar-driven cleanup of crude oil
