Afgedankt zijdegaren kan vervuilde waterwegen opruimen. Onderzoekers ontwikkelen holle bolzijdedeeltjes om de adsorptie te testen

Cornell-onderzoekers hebben een elegante en duurzame manier ontwikkeld om waterwegen schoon te maken: het hergebruiken van het ene afvalproduct om het andere te verwijderen.

Onder leiding van Larissa Shepherd, assistent-professor bij de afdeling Human Centered Design van het College of Human Ecology, heeft het team voorgesteld om weggegooid zijden garen te gebruiken voor het verwijderen van kleurstof en olie uit water. Uit onderzoek naar verschillende vormen van zijde: stoffen, garens en vezels is gebleken dat garen dat uit zijden stof wordt ontrafeld, methyleenblauw (MB), een veel voorkomende textielkleurstof, aanzienlijk sneller uit water opneemt dan andere vormen van zijde die ze hebben getest.

Bovendien kan het zijdegaren worden gereinigd en hergebruikt. De groep van Shepherd ontdekte dat het textiel minimaal 10 cycli kan doorstaan, met minimaal verlies aan functionaliteit.

Shepherd is de corresponderende auteur van “Waste Bombyx Mori Silk Textiles as Efficient and Reuseable Bio-Adsorbents for Methyleen Blue Dye Removal and Oil-Water Separation”, gepubliceerd 14 november in het tijdschrift Vezels. Co-auteurs zijn Hansadi Jayamaha, promovendus op het gebied van vezelwetenschappen, en Isabel Schorn, een student vezelwetenschappen.

Jayamaha had de eigenschappen van zijde bestudeerd als onderdeel van haar proefschrift en had holle bolzijdedeeltjes ontwikkeld om hun potentieel voor adsorptie te testen: de adhesie van moleculen van een gas of vloeistof aan een oppervlak. Daarbij testten ze ook andere vormen van zijde, waaronder ontrafeld zijdegaren van een textielartikel.

“Structuur is erg belangrijk in mijn laboratorium, dus we beginnen op nanoschaal en werken toe naar dat voltooide textiel”, zei Shepherd.

“We waren op zoek naar een structuur die optimaal was voor deze adsorptie, en we dachten aanvankelijk dat de zijden stoffen bedekt met deeltjes het beste zouden werken, maar we ontdekten dat alleen al het demonteren van de stof zelf tot het garenstadium feitelijk aantoonde dat, voor hetzelfde gewicht, nog snellere adsorptie.”

Jayamaha ontdekte dat 12 milligram zijdefilamentgaren een efficiëntie van 90% MB-kleurstofverwijdering heeft binnen 10 minuten na blootstelling, voor concentraties tot 100 delen per miljoen, aanzienlijk groter dan de efficiëntie van andere vormen – zelfs elektrogesponnen vezelmatten of stoffen behandeld met de holle vezels. zijden microdeeltjesbolletjes, wat een verrassing was, aldus de onderzoekers.

“Door de bollen te creëren,” zei Jayamaha, “creëerden we een meer hydrofiel oppervlak vergeleken met de zijden stof, die hydrofoob is. Maar door de stof te demonteren tot het garenstadium, creëren we een groter oppervlak, en dat verbetert de adsorptie.”

De groep testte ook de adsorptiecapaciteit van zijdetextiel met olie, en ontdekte dat Noil-stof (een textiel dat zijdegarens bevat die zijn samengesteld uit korte vezels in plaats van filament) een olie-adsorptiecapaciteit vertoont die driemaal zo groot is als het oorspronkelijke gewicht van de stof voor maïsolie, en bijna tot tweemaal het gewicht voor benzine.

Uit tests op beide materialen bleek dat het materiaal, na een functievermindering na de eerste cyclus van reinigen en hergebruik, zijn functionaliteit behield gedurende de daaropvolgende negen cycli.

Deze intrinsieke eigenschap van zijde als kleuradsorbens, zo ontdekte de groep, kan worden bereikt zonder chemische of andere wijziging van het materiaal – alleen door het textielproduct te deconstrueren.

“Als je zijde regenereert, moet je zeer agressieve chemicaliën gebruiken”, zei Shepherd. “In ons geval gebruiken we alleen de stoffen zelf. Ja, misschien moeten we ze ontrafelen om er voordeel uit te halen, maar dat is veel beter dan deze agressieve chemicaliën in het milieu terecht te laten komen.”

Shepherd stelt zich ‘kussens’ voor die het zijdegaren bevatten dat is ontrafeld uit afgedankt textiel en overblijfselen van de knip- en naaiwerkzaamheden van de textielindustrie als een effectief middel om gemorst materiaal en afvalmateriaal op te ruimen, waaronder MB-kleurstof, wat schadelijk is voor landbouwgrond en waterwegen. wanneer het per ongeluk vrijkomt uit textielfabrieken.

“We realiseerden ons dat we twee vliegen in één klap kunnen slaan: we kunnen ons ontdoen van textielafval, wat een groot probleem is in de textielindustrie in het algemeen”, aldus Shepherd. “En toen ontdekten we dat het eigenlijk heel goed adsorbeert, alleen al vanwege zijn natuurlijke, structurele eigenschappen.”

Dit werk maakte gebruik van het Cornell Center for Materials Research Shared Facilities, evenals de Cornell NanoScale Science and Technology Facility, een lid van de National Nanotechnology Coördinated Infrastructure, die wordt ondersteund door de National Science Foundation.