Новости химической науки > Разрушение стабильной пены по требованию

Первый образец устойчивой и дружественной по отношению к окружающей среде пены, которая может разрушиться в результате любого из трех внешних воздействий на выбор, был разработан международной группой исследователей.

Пены обычно применяются для очистки разливов химических веществ – формирующие пену материалы распыляют на больших площадях для предотвращения испарения летучих и токсичных органических веществ. В ходе этой процедуры необходимым условием для пены является ее стабильность. Однако затем пену необходимо дестабилизировать для транспортировки, поскольку по своей природе она объемна. Это чаще всего достигается за счет добавления пеногасителей.

Получающаяся в результате жидкая смесь затем может быть удалена, а ее компоненты восстановлены. В недавно проведенных исследованиях ученые сделали попытку создать стабильную пену, которая может быть дестабилизирована при помощи внешнего воздействия, чтобы исключить необходимость добавления дополнительных химических реагентов.

Орлин Велев (Orlin Velev) и Стефани Лэм (Stephanie Lam) из Университета штата Северная Каролина сотрудничали с Энн-Лаурой Фамо (Anne-Laure Fameau) из Французского национального института сельскохозяйственных исследований для объединения многопрофильные квалификации в области пен, эмульсий и коллоидных веществ. Разработанная в результате международного сотрудничества система строится на простом и дружественном окружающей среде поверхностно-активном веществе, 12-гидроксистеариновой кислоте (12-HSA), которую получают из экологичного сырья растительного происхождения. Как и большинство поверхностно-активных веществ, при встряхивании в воде 12-HSA образует стабильную пену, которая теряет устойчивость при повышенных температурах (~45°C).

Слева направо: пена до и после повышения температуры, УФ-облучения и воздействия магнитного поля. (Рисунок из Chem. Sci., 2013, DOI: 10.1039/c3sc51774h)

Добавка угля и частиц карбонильного железа дополнительно стабилизируют пену. Они также позволяют предложить два новых механизма для ее разрушения. Ультрафиолетовый свет заставляет фоточувствительные частицы угля генерировать тепло, и применение магнитного поля вынуждает частицы карбонильного железа перемещаться и деформировать структуру пены, что в конечном результате в равной степени приводит к разрушению пены.

Велев говорит, что теперь исследователи могут разрушить дружественную окружающей среде пену с помощью света и без добавления химических реагентов или физического контакта. Велев добавляет, что дополнительным плюсом этого способа является его дешевизна и возможность многократного применения.

Андерсон Хо Чёнг Шум (Anderson Ho Cheung Shum), эксперт в области эмульсионных материалов из Гонконгского университета комментирует, что сложное микроскопическое взаимодействие между коллоидными частицами, поверхностно-активными веществами и границами раздела, заключенные в простом подходе, является критическим для таких макроскопических свойств пены, как ее время отклика и степень дестабилизации. Хо Чёнг Шум говорит, что фундаментальное понимание нового подхода исследователей скорее всего воодушевит ученых на поиски новых путей управления стабильностью и в других коллоидных системах.

Велев добавляет, что, несмотря на то, что этот подход является ценным доказательством концепции, эта специфическая система не будет где бы то ни было в скором времени применяться при ликвидации последствий разлива нефти. Но, применяя эти принципы, исследование перейдет на другие коллоидные системы, чувствительные к воздействию.

Источник: Chem. Sci., 2013, DOI: 10.1039/c3sc51774h

метки статьи: #новые материалы, #химическая технология, #химия полимеров