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气凝胶,一种听起来充满未来感的轻质固体,有时被称为“冷冻烟”,有一天可能会像本周在爱尔兰海发生的石油 spill 事件一样清理油 spill,并因其超强的吸收性和海绵状特性而过滤废水。
纳米凝胶,一种品牌为气凝胶的产品,由改性的、防水的二氧化硅制成,根据工业与工程化学研究双周刊最新一期中的研究,它比通常用于废水过滤的其他材料更快、更多地吸收了油污。 总部位于波士顿的卡博特公司生产纳米凝胶,资助了这项研究并提供了产品。
“我们认为气凝胶比其他已尝试过的吸附剂,如活性炭和蛭石,要好得多,”亚利桑那州立大学 (A.S.U.) 的化学工程教授兼合著者 Bob Pfeffer 告诉ScientificAmerican.com。“我们认为气凝胶效率更高。” 木屑、泥炭吸附剂、膨润土、有机粘土、芦苇金丝雀草以及亚麻或麻纤维也被用作过滤器,但气凝胶是否会成为一种更昂贵或更便宜的材料将取决于其制造成本以及是否可以重复使用。
气凝胶吸引石油、甲苯和其他最终进入工业工厂废水的有机化合物。 其作为清洁产品的潜力来自其吸附(分子粘附在气凝胶表面)和吸收(其孔隙将分子吸入凝胶内部)的特性。 气凝胶具有巨大的表面积,最多可容纳自身重量七倍的物质。 (您可以从这集 KQED Quest Lab 节目 中很好地了解气凝胶。) 如果不重复使用,它将被丢弃。
来自 A.S.U.、壳牌和新泽西理工学院的科学家通过将一列纳米凝胶珠暴露于水和大豆油的混合物中来测试该产品,以模拟废水处理厂中进行的过滤类型。 下一步是连续运行该过程,看看它是否可以在废水处理厂更大规模地工作。
Pfeffer 的小组没有研究气凝胶在油 spill 清理中的应用,“尽管这显然是它的一个应用,因为气凝胶是非常好的吸收剂,”他说。 因为它们非常轻,“它们会在下沉之前吸收油污。 其他吸附剂会在吸收油污之前沉到水底。” 先前的研究表明,另一种气凝胶能够过滤多达自身重量 14 倍的油水混合物。
气凝胶于 20 世纪 30 年代被发现,如今用于隔绝太空服、滑雪服和工业管道。 我们有更多关于气凝胶历史的信息,它是最奇特的固体之一。
一块 0.07 盎司(两克)的气凝胶支撑着一块 5.5 磅(2.5 公斤)的砖块/NASA JPL via Wikimedia Commons