Канадские химики переработали раковины мидий нагревом и уксусной кислотой в губчатый «мягкий кальцит» с большой площадью поверхности. Новый материал смог адсорбировать фиолетовый кристаллический краситель и сырую нефть, причем масса впитываемого вещества оказалась сопоставима с собственной массой губки. Статья опубликована в журнале Matter.

При употреблении съедобных мидий (Mytilus edulis) остаются их раковины, богатые карбонатом кальция в двух формах — гибкий кальцит и прочный арагонит (из него и органического каркаса состоит перламутр). Применение раковин в качестве источника карбоната кальция разнообразно. Их добавляют в еду курицам-несушкам и бройлерным цыплятам для улучшения качества яиц и большего набора веса. Также они находят применение в известковании кислых почв и строительстве. Однако есть польза и от их иерархичной природной структуры — обработанные раковины используют в качестве биофильтра для очистки сточных вод от некоторых тяжелых металлов вроде свинца, кадмия и цинка, или для поддержания необходимого уровня pH в аквариумах.

Дженнифер Мёрфи (Jennifer N. Murphy) с коллегами из Мемориального университет Ньюфаундленда решили улучшить процесс переработки раковин съедобных мидий в эффективный адсорбент с большей площадью поверхности. При этом их способ получения сорбентов получился куда дешевле искусственных полимеров и углеродных материалов. Для этого они нагревали ракушки при 220 градусах Цельсия в течение двух дней, а затем дважды обрабатывали пятипроцентной уксусной кислотой и промывали водой.

Снимок о сканирующего электронного микроскопа исходной структуры ракушки
Снимок о сканирующего электронного микроскопа исходной структуры ракушки
Снимок о сканирующего электронного микроскопа итогового мягкого кальцита
Снимок о сканирующего электронного микроскопа итогового мягкого кальцита

В ходе реакции получался не только «мягкий кальцит», но и ацетат кальция, который используется в пищевой промышленности в качестве регулятора кислотности E263. Итоговый высушенный материал по плотности и прочности сравним с сахарной ватой. Ученые решили проверить его адсорбирующие свойства на красителе фиолетовом кристаллическом (например, просто перетертые раковины адсорбируют на себе бриллиантовый красный).

И хотя поглощение оказалось невелико — один процент по массе — его можно использовать последовательно с промыванием мягкого кальцита метанолом. А после сорбции тканевого красителя, который намеренно делают сложно выводимым, материал был очищен простым нагреванием до 500 градусов в течение десяти минут.

Поглощение красителя фиолетового кристаллического в течение двух дней
Поглощение красителя фиолетового кристаллического в течение двух дней

На поверхности мягкого кальцита остается органическая матрица — а потому он обладает гидрофобными свойствами. Чтобы применять мягкий кальцит в качестве сорбента сырой нефти, он должен легко как сорбировать, так и высвобождать, а также легко перерабатываться. За десять циклов сорбции-десорбции материал смог убрать из водного слоя массу нефти в десять раз превышающую собственную.

Поглощение нефти мягким кальцитом
Поглощение нефти мягким кальцитом
Мягкий кальцит, сорбировавший сырую нефть
Мягкий кальцит, сорбировавший сырую нефть
Очищенный от нефти мягкий кальцит
Очищенный от нефти мягкий кальцит

При этом мягкий кальцит, заполненный нефтью, за счет своей малой плотности и гидрофобности оставался плавать на поверхности жидкости, что не доставило хлопот по его вытаскиванию из загрязненной области. От нефти образец очищали хлороформом. Авторы работы отмечают, что эта проверка адсорбционных свойств лишь первичная — после оптимизации получится сорбировать еще больше. При этом стоимость оказывается меньше, а изготовление проще, чем у распространенных сорбентов.