ساخت آئروژل‌های نانوحفره‌ای از جنس سلولز

اخیرا محققان موفق به ارائه ماده‌ای شدند که می‌تواند مقادیر زیادی از ترکیبات آلی و روغن را جذب خود کند این در حالی است که وزن این ماده بسیار کم می‌باشد. این ماده جامد متخلخل از جنس نانولوله‌های کربنی بوده که به صورت شبکه‌ای سه بعدی در آمده است. نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان “Ultralight, Flexible, and Fire-Resistant Carbon Nanofiber Aerogels from Bacterial Cellulose” در نشریه Angewandte Chemie به چاپ رسیده است.

اخیرا محققان موفق به ارائه ماده‌ای شدند که می‌تواند مقادیر زیادی از ترکیبات آلی و روغن را جذب خود کند این در حالی است که وزن این ماده بسیار کم است. این ماده جامد متخلخل از جنس نانولوله‌های کربنی بوده که به‌صورت شبکه‌ای سه بعدی در آمده است. نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان “Ultralight, Flexible, and Fire-Resistant Carbon Nanofiber Aerogels from Bacterial Cellulose” در نشریه Angewandte Chemie به چاپ رسیده است.

محققان چینی روش ساده‌ای برای تولید آئروژل‌های سبک، انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر آتش ارائه کردند. در این روش از یک سلولز باکتریایی که ماده‌ای ارزان‌قیمت است برای تولید این آئروژل استفاده شده است. این ماده فیبری سبک، قادر است آلودگی‌های آلی موجود در آب‌های آلوده را جذب کند همچنین می‌توان از آن برای تولید حسگر استفاده کرد. 

این آئروژل‌ها را می‌توان با استفاده از مواد زیستی به‌صورت انبوه تولید کرد. سلولز‌های باکتریایی می‌تواند به‌عنوان ماده اولیه برای تولید این ترکیبات مورد استفاده قرار گیرد حجم تولید این مواد می‌تواند در حد صنعتی باشد. آئروژل‌های نانوفیبری کربنی ( بخش‌های تیره در تصویر فوق) دارای ظرفیت جذب بسیار بالایی هستند به طوری که می‌توانند حلال‌های آلی (محلول سرخ رنگ در تصویر) را جذب کنند.

ویژگی‌های منحصر به فرد این آئروژل‌ها – دانستیه کم، تخلخل بالا، سطح ویژه بالا، هدایت الکتریکی بالا – موجب شده تا این ترکیبات آئروژلی ماده‌ای جذاب برای محققان باشد. از این ماده می‌توان به‌عنوان پایه کاتالیستی، الکترود برای ابرخازن‌ها، جاذب‌، حسگر گازی و عضلات سنتزی استفاده کرد. با این حال روشی ساده و صنعتی که زیست سازگار باشد برای تولید این مواد وجود ندارد.

یک تیم تحقیقاتی از آزمایشگاه ملی هیفی و دانشگاه صنعتی چین از نانوفیبرهای سلولزی برای این کار استفاده کردند. آنها این سلولزها را به قطعات کوچک تبدیل کرده، در سرما خشک کرده و در نهایت در دمای ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد تحت اتمسفر آرگون پیرولیز کردند. با این کار سلولز به کربن گرافیتی تبدیل می‌شود. دانسیته کاهش یافته اما ساختار شبکه‌ای دست نخورده باقی می‌ماند.

از آنجایی که این ساختار متخلخل و آب‌گریز است می‌تواند ۱۰۶ تا ۳۱۲ برابر وزن خود حلال آلی جذب کند. این ترکیب قادر است روغن را از آب جدا کردن و در نهایت آب خالص باقی بماند. بنابراین این آئروژل به‌عنوان گزینه ای مناسب برای زدودن روغن‌های آلاینده صنعتی است.