Исследователи из Принстонского инженерного университета нашли способ превратить ваши продукты для завтрака в новый материал, который может дешево удалять соль и микропластики из морской воды.

Исследователи использовали яичные белки для создания аэрогеля, легкого и пористого материала, который может быть использован во многих областях применения, включая фильтрацию воды, накопление энергии, а также звуко- и теплоизоляцию. Крейг Арнольд, профессор механики и аэрокосмической инженерии имени Сьюзан Дод Браун и заместитель декана по инновациям Принстонского университета, работает со своей лабораторией над созданием новых материалов, включая аэрогели, для инженерных применений.

Однажды, сидя на собрании преподавателей, ему пришла в голову идея.

"Я сидел там, уставившись на хлеб в своем сэндвиче", - сказал Арнольд. "И я подумал про себя, что это именно та структура, которая нам нужна". Поэтому он попросил свою лабораторную группу приготовить различные рецепты хлеба, смешанного с углеродом, чтобы посмотреть, смогут ли они воссоздать структуру аэрогеля, которую он искал. Изначально ни один из них не работал должным образом, поэтому команда продолжала исключать ингредиенты по мере тестирования, пока в конечном итоге не остались только яичные белки.

"Мы начали с более сложной системы, - сказал Арнольд, - и мы просто продолжали сокращать, сокращать, сокращать, пока не добрались до сути того, что это было. Именно белки в яичных белках привели к образованию структур, которые нам были нужны".

Яичные белки представляют собой сложную систему почти чистого белка, который при сублимационной сушке и нагревании до 900 градусов Цельсия в среде без кислорода создает структуру из соединенных между собой нитей углеродных волокон и листов графена. В статье, опубликованной 24 августа в журнале Materials Today, Арнольд и его соавторы показали, что полученный материал может удалять соль и микропластик из морской воды с эффективностью 98% и 99% соответственно.

"Яичные белки получались даже в том случае, если их сначала обжаривали на плите или взбивали", - сказал Сехмус Озден, первый автор статьи. Озден - бывший постдокторский научный сотрудник Принстонского центра сложных материалов, а ныне научный сотрудник исследовательского центра Aramco. По словам Оздена, в то время как в первоначальных тестах использовались обычные яичные белки, купленные в магазине, другие аналогичные коммерчески доступные белки дали те же результаты.

"Яйца - это круто, потому что мы все можем подключиться к ним, и их легко достать, но вы должны быть осторожны, чтобы не конкурировать с пищевым циклом", - сказал Арнольд. Поскольку другие белки также работали, материал потенциально может быть произведен в больших количествах относительно дешево и без ущерба для поставок продовольствия. Следующим шагом исследователей, отметил Озден, является усовершенствование процесса изготовления, чтобы его можно было использовать для очистки воды в более широком масштабе.

Если эту проблему удастся решить, то материал получит значительные преимущества, поскольку он недорог в производстве, энергоэффективен в использовании и высокоэффективен. "Активированный уголь - один из самых дешевых материалов, используемых для очистки воды. Мы сравнили наши результаты с активированным углем, и он намного лучше", - сказал Озден. По сравнению с обратным осмосом, который требует значительных затрат энергии и избытка воды для работы, этот процесс фильтрации требует только силы тяжести для работы и не тратит воду впустую.

Хотя Арнольд рассматривает чистоту воды как "главную задачу", это не единственное потенциальное применение этого материала. Он также изучает другие области применения, связанные с накоплением энергии и изоляцией.

В исследовании приняли участие сотрудники кафедр химической и биологической инженерии и геонаук Принстона и других университетов. "Одно дело создавать что-то в лаборатории, - сказал Арнольд, - и совсем другое - понимать, почему и как". Среди сотрудников, которые помогли ответить на вопросы "почему и как", были профессора Родни Пристли и А. Джеймс Линк из химической и биологической инженерии, которые помогли определить механизм трансформации белки яичного белка на молекулярном уровне. Коллеги из Принстона по геонаукам помогли с измерениями фильтрации воды.

Сюзанна Монти из Института химии металлоорганических соединений и Валентина Тоцци из Института нанонауки и NEST-Scuola Normale Superiore создали теоретические модели, которые показали превращение белков яичного белка в аэрогель.