Исследователи Корнелла разработали элегантный и устойчивый способ очистки водоемов: повторное использование одного вида отходов для удаления другого. Группа под руководством Ларисы Шепард из Колледжа экологии человека предложила использовать выброшенную шелковую пряжу для удаления красителя и масла из воды. Исследования нескольких различных форм шелка: тканей, пряжи и волокон показали, что пряжа, распущенная с шелковой ткани, впитывала метиленовый синий (МБ), распространенный текстильный краситель, из воды значительно быстрее, чем другие формы шелка, которые они тестировали.
Более того, шелковую пряжу можно чистить и использовать повторно. Группа Шепард обнаружила, что текстиль может выдерживать не менее 10 циклов с минимальной потерей функциональности. Результаты исследования были опубликованы в журнале Fibers. Соавторами являются Хансади Джаямаха и Изабель Шорн.
Джаямаха изучала свойства шелка и разработала полые сферические частицы шелка, чтобы проверить их потенциал адсорбции — адгезии молекул из газа или жидкости к поверхности. При этом ученые также протестировали другие формы шелка, включая распущенную шелковую пряжу из текстильного изделия.
«В моей лаборатории структура действительно важна, поэтому мы начинаем с наномасштаба и работаем до готового текстиля», — сказала Шепард. «Мы искали структуру, которая была бы оптимальной для этой адсорбции, и изначально мы думали, что шелковые ткани, покрытые частицами, будут работать лучше всего, но мы обнаружили, что простая разборка самой ткани до стадии пряжи на самом деле показала, при том же весе, даже более быструю адсорбцию».
Джаямаха обнаружила, что 12 миллиграммов шелковой нити обеспечивают 90% эффективности удаления красителя метиленхлорида в течение 10 минут воздействия при концентрации до 100 частей на миллион, что существенно превышает эффективность других форм — даже электропряденых волоконных матов или тканей, обработанных полыми сферами шелковых микрочастиц, что стало неожиданностью, говорят исследователи.
«Создавая сферы, — сказала Джаямаха, — мы создавали более гидрофильную поверхность по сравнению с шелковой тканью, которая более гидрофобна. Но, разбирая ткань на стадии пряжи, мы создаем большую площадь поверхности, и это улучшает адсорбцию».
Группа также проверила способность шелковой ткани адсорбировать масло и обнаружила, что ткань Noil (текстиль, содержащий шелковые нити, состоящие из коротких волокон, а не филаментов) демонстрирует способность адсорбировать масло, в три раза превышающую первоначальный вес ткани для кукурузного масла и почти в два раза превышающую вес бензина.
Испытания обоих материалов показали, что после первого цикла очистки и повторного использования функциональность материала снизилась, однако он сохранил свою функциональность в течение последующих девяти циклов.
Группа обнаружила, что это внутреннее свойство шелка как адсорбента красителей может быть достигнуто без химического или иного изменения материала — просто путем деконструкции текстильного изделия.
«Когда вы регенерируете шелк, вам приходится использовать очень едкие химикаты», — сказала Шепард. «В нашем случае мы просто используем сами ткани. Да, нам, возможно, придется распустить их, чтобы получить выгоду, но это гораздо лучше, чем выбрасывать эти едкие химикаты в окружающую среду».
Шепард предполагает, что «подушки», содержащие шелковую пряжу, распущенную из выброшенных текстильных изделий и остатков от операций по кройке и шитью в текстильной промышленности, станут эффективным средством очистки разливов и отходов, включая краситель метилбензиловый, который наносит вред сельскохозяйственным угодьям и водным путям при случайном попадании с текстильных фабрик.
«Мы поняли, что можем убить двух зайцев одним выстрелом: мы можем избавиться от отходов текстиля, которые являются большой проблемой в текстильной промышленности в целом», — сказала Шепард. «А затем мы обнаружили, что он на самом деле очень хорошо адсорбирует, просто из-за своих природных структурных свойств».
