Os derramamentos de petróleo são catástrofes devastadoras para os ecossistemas marinhos, com consequências duradouras na fauna aquática e marinha, bem como nos ecossistemas costeiros como florestas e recifes de coral. Para lidar com isso, frequentemente recorremos a dispersantes químicos para decompor o petróleo, mas esse método geralmente aumenta a sua toxicidade.
Em um estudo publicado em
Applied Physics Letters por
AIP Publishing, pesquisadores da Universidade do Centro-Sul, da Universidade de Ciências e Tecnologia de Huazhong e da Universidade Ben-Gurion do Negev usaram tratamentos a laser para transformar a cortiça comum em uma ferramenta poderosa para tratar derramamentos de petróleo.
Seu principal objetivo era desenvolver uma solução de limpeza de petróleo eficaz e ecológica, priorizando materiais de baixo impacto ambiental. No entanto, a escolha de virar-se para a cortiça surgiu de uma descoberta acidental. "Ao realizar um experimento a laser diferente, descobrimos acidentalmente que a molhabilidade da cortiça tratada com laser mudava significativamente, adquirindo propriedades superhidrofóbicas (repelentes de água) e superoleofílicas (atraentes ao petróleo)", disse o autor Yuchun He. "Após ajustar corretamente os parâmetros de tratamento, a superfície da cortiça tornou-se muito escura, o que nos fez perceber que ela poderia ser um excelente material para conversão fototérmica."
"Ao combinar esses resultados com as vantagens ecológicas e recicláveis da cortiça, pensamos em usá-la para limpar derramamentos de petróleo no mar," adicionou o autor Kai Yin. "Até onde sabemos, ninguém mais tentou usar cortiça para limpar derramamentos de petróleo no mar."
(a) Esquema do trajeto óptico do tratamento por laser femtosegundo;
(b) esquemas da cortiça virgem e da cortiça tratada, bem como seus esquemas estruturais ampliados;
(c) fotos ópticas da cortiça virgem e da cortiça tratada além do comportamento da luz sobre suas superfícies, com uma barra de escala de 5 mm;
(d) esquema do cenário de aplicação real da cortiça tratada. A cortiça vem da casca dos sobreiros, árvores que podem viver por vários séculos. Estas árvores podem ser colhidas cerca de a cada sete anos, o que as torna um recurso renovável. Quando sua casca é retirada, essas árvores intensificam sua atividade biológica para regenerá-la, aumentando assim sua capacidade de armazenar carbono e contribuindo para a redução das emissões de carbono.
Os pesquisadores exploraram diferentes variações de um tratamento a laser de pulsos rápidos para alcançar um equilíbrio ideal das características da cortiça, minimizando custos. Seu estudo envolveu uma análise detalhada das mudanças estruturais em escala nanoscópica, a medição da relação entre oxigênio e carbono no material, a avaliação da modificação dos ângulos de contato entre a água, o petróleo e a superfície da cortiça, além do estudo da absorção, reflexão e emissão de luz através do espectro, com o objetivo de determinar a durabilidade do material após vários ciclos de aquecimento e resfriamento.
As características fototérmicas obtidas através do tratamento a laser permitem que a cortiça esquente rapidamente na luz do sol. As profundas ranhuras aumentam a superfície exposta ao sol, permitindo que a cortiça aqueça em apenas 10 a 15 segundos com uma baixa exposição solar. Esta energia é então usada para aquecer o petróleo derramado, reduzindo sua viscosidade e facilitando sua coleta. Durante os experimentos, a cortiça tratada com laser conseguiu recuperar o petróleo flutuante no mar em menos de 2 minutos.
Os tratamentos a laser não só permitem uma melhor absorção do petróleo, mas também mantêm a água afastada. "Quando a cortiça é submetida a um tratamento a laser de pulsos rápidos, sua microestrutura de superfície torna-se mais áspera," disse Yin. "Essa rugosidade em micro a nano-nível aumenta a hidrofobicidade." Como resultado, a cortiça absorve o petróleo sem absorver água, o que permite a extração do petróleo da cortiça e eventualmente sua reutilização.
"A recuperação do petróleo é uma tarefa complexa e sistemática, e participar na recuperação do petróleo ao longo de todo o seu ciclo de vida é o nosso objetivo," declarou Yuchun He. "O próximo passo é preparar materiais eletrotérmicos usando espuma de poliuretano como esqueleto para a adsorção de petróleo, combinando técnicas fototérmicas e eletrotérmicas para formar um sistema de recuperação de petróleo para todas as estações."
Autor do artigo: Cédric DEPOND
Fonte: Applied Physics Letters