Ананасы богаты витаминами, ферментами и антиоксидантами, и они считаются одним из самых важных фруктов в мире. Однако сбор урожая этого вкусного и полезного фрукта приводит к тому, что образуются тонны отходов листьев ананаса, которые обычно оставляют гнить или сжигают. Это, в свою очередь, может привести к выбросу вредных химических веществ и парниковых газов, которые могут вызвать серьезные экологические проблемы.
Чтобы решить эту проблему, исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) разработали простой и недорогой метод использования волокон листьев ананаса для создания сверхлегких, биоразлагаемых аэрогелей. Покрытые специфическими химическими веществами, эти биоразлагаемые аэрогели могут использоваться для хранения фруктов и овощей в течение более длительного периода времени, а также для удаления токсичных металлов из сточных вод, среди широкого спектра других применений.
Эти эко-аэрогели можно использовать повторно, что еще больше сократит количество отходов, и повысит экологичность. Они также могут быть безопасно утилизированы в окружающую среду, не вызывая загрязнения. Исследовательская группа с кафедры машиностроения инженерного факультета НУС изучает способы сокращения отходов и, в свою очередь, повышения экологической устойчивости путем переработки различных видов отходов – таких, как бумага, текстиль, пластик и резина – в многофункциональные аэрогели. Их последняя работа над ЭКО-аэрогелями началась в августе 2016 года и заняла три года, чтобы достичь многообещающих результатов.
Эти эко-аэрогели, изготовленные из волокон листьев ананаса, очень универсальны. Они эффективны как поглотители масла, так и для тепло-и звукоизоляции. Мы также продемонстрировали их потенциальное применение в консервации пищевых продуктов и очистке сточных вод. Это большой шаг к устойчивому сельскому хозяйству и управлению отходами, а также дополнительный источник дохода для фермеров, сказал доцент Джонг Хай Мин, возглавляющий исследовательскую группу.
Группа НУС также производила эко аэрогели, используя другие сельскохозяйственные и пищевые отходы, такие как сахарный тростник, кофейная гуща и Укора.
Низкая стоимость, высокая стоимость.
ЭКО-аэрогели просты в производстве, и это приводит к низкой себестоимости производства – изготовление листа аэрогеля площадью один квадратный метр и толщиной один сантиметр стоит менее 10 долларов США. Когда он попадает на рынок, лист аэрогеля того же размера может быть продан по цене от 30 до 50 долларов США.
Процесс изготовления варьируется в зависимости от типа используемого сырья. Ключевые этапы: измельчение, смешивание, смешивание с водой и небольшим количеством нетоксичных химических веществ, перемешивание, старение, замораживание и сублимационная сушка. В среднем на производство аэрогелей из сырья уходит до 12 часов это примерно в 18 раз быстрее, чем обычный золь-гель метод, используемый для производства коммерческих аэрогелей.
Консервирование.
Для выполнения функции консервирования пищевых продуктов эко аэрогели модифицируют порошком активированного угля, чтобы они могли эффективно поглощать газ этилен, также известный как гормон созревания фруктов, который запускает процесс созревания фруктов и овощей. Это особенно актуально для климактерических фруктов и овощей, таких как банан, манго, папайя, картофель и помидоры, которые продолжают значительно созревать после сбора урожая.
Профессор Ахон фан-Тьен, старший член исследовательской группы, объяснил: огромное количество свежей сельскохозяйственной продукции выбрасывается из-за неадекватных послеуборочных складских и перерабатывающих мощностей, а также неэффективных или нарушенных транспортных систем. Таким образом, сокращение порчи может иметь большое значение для сокращения отходов.
В наших лабораторных экспериментах эко аэрогели, модифицированные активированным углем, могут задержать процесс гниения как минимум на 14 дней. Модифицированный ЭКО-аэрогель способен поглощать в шесть раз больше этилена, чем коммерческие поглотители этилена перманганата калия. Это также более безопасный метод по сравнению с традиционным использованием сильных окислителей и более эффективный, чем нетоксичные химические спреи, для сохранения пищевых продуктов, сказал профессор фан-Тиен.
Очистка сточных вод.
ЭКО-аэрогели, изготовленные из волокон листьев ананаса, обладают более сильными механическими свойствами и пригодны для использования в очистке сточных вод. При нанесении покрытия химическим веществом под названием диэтилентриамина (ДЭТА) ЭКО-аэрогели могут удалять в четыре раза больше ионов никеля в промышленных сточных водах по сравнению с обычными методами, использующими природную глину и синтетически легированный грабен. Различные химические покрытия могут быть использованы для того, чтобы ЭКО-аэрогели могли извлекать различные типы тяжелых металлов из водных растворов.
ДОЦ профессор Донг сказал: благодаря своей высокой пористости ЭКО-аэрогели очень эффективны в удалении ионов металлов, даже в разбавленных растворах, где количество ионов металлов невелико. Процесс обработки прост, дешевле и не образует вторичных отходов. ЭКО-аэрогели также могут легко деформировать ионы металлов и использоваться повторно несколько раз, что еще больше снижает затраты.
Будущая работа.
Команда из девяти человек из NUS подала заявку на патент на производство эко-аэрогелей из волокон листьев ананаса для консервирования пищевых продуктов и очистки сточных вод. Есть планы работать с отраслевым партнером, чтобы масштабировать и коммерциализировать эту технологию.
Основываясь на своих многообещающих результатах, эти исследователи теперь рассматривают возможность расширения своих исследований в нескольких ключевых областях.
Во-первых, они идентифицируют различные химические покрытия для изготовления ЭКО-аэрогелей с высокой и селективной адсорбцией различных ионов тяжелых металлов. Во-вторых, исследователи находят способы эффективного извлечения тяжелых металлов из эко аэрогелей после очистки сточных вод, помимо повторного использования эко аэрогелей.
Наконец, команда проводит исследования по разработке передовых, экономически эффективных нетканых материалов для непрерывного производства эко-аэрогелей в виде рулона неограниченной длины. Нетканые технологии не требуют никакого растворителя и могут производить ЭКО-аэрогели быстрее, используя меньше энергии и более дешевое оборудование. Это позволит значительно снизить себестоимость производства эко аэрогелей.