Викинуті пластикові пакування, старі компакт-диски та навіть цеглинки LEGO можна перетворити на матеріали, що активно вловлюють вологу з повітря. Команда хіміків-матеріалознавців Анастасія Наришкіна, Пол Швенг (Paul Schweng) та Роберт Вудворд (Robert Woodward) з Віденського університету продемонструвала, як різні види пластикових відходів можна переробити на водопоглинальні полімерні мережі. Вони здатні захоплювати воду навіть у сухому кліматі та віддавати її знову при помірному нагріванні, наприклад за допомогою сонячного світла, повідомляє Newswise Science News.
Робота, яка готується до публікації в журналі Chem Circularity, пропонує спосіб дати пластиковим відходам «друге життя» — у вигляді адсорбентів для добування води з атмосферної вологи.
Пластик і дефіцит води: дві проблеми в одному рішенні
Пластикові відходи та нестача прісної води — одні з найгостріших екологічних викликів. Атмосферний збір води передбачає захоплення водяної пари безпосередньо з повітря з подальшим керованим вивільненням і збором. Такий підхід може стати додатковим, децентралізованим або автономним джерелом води.
Щоб працювати ефективно, матеріал-адсорбент для такого збору має:
- добре притягувати молекули води;
- утримувати великі її об’єми;
- витримувати багато циклів «захоплення–вивільнення» без руйнування.
Дослідники з Відня перевірили, чи можуть викинуті пластикові вироби стати сировиною для таких «молекулярних губок».
Як із пластику роблять пористі водолюбні мережі
Частина поширених пластиків складається з ароматичних полімерів — їхні молекули містять кільця з шести атомів вуглецю. Ці кільця можна використати як вузли, щоб «зв’язати» окремі полімерні ланцюги між собою, утворюючи просторову пористу мережу з безліччю дрібних внутрішніх порожнин.
Після цього матеріал додатково обробляють сульфатною кислотою, приєднуючи сульфонові групи. Вони сильно притягують воду, тож така мережа починає вбирати вологу навіть із відносно сухого повітря.
У такий спосіб науковці успішно створили водолюбні «молекулярні губки» з:
- різних полістирольних пакувальних матеріалів;
- старих компакт-дисків із полікарбонату;
- цеглинок LEGO з акрилонітрил-бутадієн-стиролу (ABS).
Команда також змогла обробити спеціально підібрану суміш різних пластикових відходів, що демонструє гнучкість підходу щодо змішаних потоків сировини.
Скільки води вбирають «губки» з відходів
На прикладі губки з полістиролу загального призначення — матеріалу, з якого роблять одноразові столові прибори та корпуси CD-дисків, — показано, що вона може адсорбувати майже 60% власної маси у вигляді води з вологого повітря.
Навіть у сухих, «пустельних» умовах така губка здатна вбирати близько 20% своєї маси у воді. Зібрану вологу потім можна вивільнити для збору, використовуючи м’які джерела тепла, наприклад сонячне нагрівання. Більша частина процесів адсорбції та десорбції відбувається протягом приблизно однієї години.
Матеріали добре витримують багаторазові цикли захоплення та віддачі води, тож їх можна використовувати знову і знову для отримання води з повітря.
Перспективи та наступні кроки
Ця робота демонструє підхід до перетворення кількох типів ароматичних пластикових відходів, включно зі змішаними потоками, на ефективні матеріали для генерації води з повітря. Це поєднує утилізацію пластику з потенційним джерелом автономного водопостачання, зокрема в посушливих регіонах.
Водночас дослідники наголошують, що детальна оцінка довгострокової роботи таких губок і загальних ресурсних витрат на їх виробництво ще триває. Потрібні додаткові випробування, щоб з’ясувати, наскільки стабільними та економічно доцільними будуть ці матеріали в реальних умовах експлуатації.