Recyclebare membraan van bioplastic haalt olie uit water

Polymeerwetenschappers van de RUG en NHL Stenden hebben een plastic membraan gemaakt van appelzuur, een natuurlijke stof. Van het appelzuur is van een zogeheten superamfifiele vitrimeer gemaakt, een polymeer die is te gebruiken om water en olie van elkaar te scheiden. De membraan is bovendien in zijn geheel te recyclen: wanneer de poriën ervan verstopt raken kan het plastic worden afgebroken, waarna met de gezuiverde bouwstenen een nieuwe membraan is te maken. Een beschrijving is op 7 maart gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials.

Hoe ruim je olievervuiling in water op? Dat is nogal een uitdaging. Superamfifiele membranen die houden van zowel olie als water zijn een veelbelovende, maar nog weinig praktische oplossing. Deze membranen zijn niet stevig genoeg voor gebruik buiten een laboratorium en de poriën in de membraan raken verstopt met zand en algen uit het water. Chongnan Ye en Katja Loos van de RUG hebben, samen met Vincent Voet en Rudy Folkersma van NHL Stenden in Emmen, een relatief nieuw type polymeermembraan gemaakt die sterk is en gemakkelijk is te recyclen.

Netwerk

Sinds een aantal jaren werken wetenschappers van beide instellingen samen om zogeheten vitrimeer-plastic te onderzoeken, een polymeer dat de mechanische eigenschappen heeft van een thermohardend plastic en goed bestand is tegen chemische stoffen. Maar vitrimeren gedragen zich ook als een thermoplast, ze zijn gemakkelijk te depolymeriseren en opnieuw te gebruiken. Daarmee heeft plastic op basis van vitrimeren alle eigenschappen die nodig zijn voor een membraan om olie mee op te ruimen. ‘Bovendien is dit vitrimeer gemaakt van appelzuur, een natuurlijke chemische bouwsteen’, aldus Loos.

‘De polymeren in een vitrimeer zijn onderling met elkaar verbonden, maar op een reversibele manier’, legt Voet uit. ‘Ze vormen een dynamisch netwerk, waardoor het mogelijk is de membraan te recyclen.’ De vitrimeren ontstaan door polymerisatie via ring-opening in basisch milieu tussen gewoon appelzuur en chemisch gemodificeerd appelzuur. De polymeren worden tot poeder vermalen en daarna via verhitting tot een poreuze membraan ‘gebakken’.

Poriën

Zowel water als olie verspreiden zich op de superamfifiele membraan. In met olie vervuild water is er veel meer water dan olie aanwezig, en dit zal dan ook de membraan bedekken. Het waterlaagje voorkomt dat olie door de poriën kan gaan. Voet: ‘Op de manier worden olie en water van elkaar gescheiden.’

De membraan is sterk genoeg om op deze manier olie uit water te filteren. Wanneer zand en algen de poriën verstoppen is het mogelijk de membraan te depolymeriseren en de bouwstenen die dan ontstaan te zuiveren, om daarmee vervolgens een nieuwe membraan te maken. ‘We hebben dit in het laboratorium getest op een schaal van enkele vierkante centimeters’, vertelt Loos. ‘En we verwachten dat onze methodes ook op grotere schaal werken, zowel voor de synthese van de polymeren als voor de productie en het recyclen van de membraan.’ De wetenschappers hopen dat zich een industriële partner zal melden die dit membraan verder wil ontwikkelen.

Toepassing

Het maken van een nieuw soort membraan om olievervuiling op te ruimen laat het belang zien van de samenwerking tussen een universiteit en een hogeschool. ‘We hebben een tijdje geleden besloten dat onze beide polymeergroepen moesten fuseren, en dat we studenten, stafleden en faciliteiten zouden delen. Dat heeft onlangs geleid tot de oprichting van de eerste hybride onderzoeksgroep in Nederland’, legt Loos uit. Dit maakt het eenvoudiger om toepassingen te vinden voor nieuw ontwikkelde materialen. Voet: ‘Polymeerchemici verbinden moleculaire structuren aan de eigenschappen en toepassing van materialen. Binnen onze hybride onderzoeksgroep is al de benodigde ervaring daarvoor ruimschoots aanwezig.’

Universiteit van het Noorden

NHL Stenden Hogeschool, Drenthe College, Rijksuniversiteit Groningen (RUG), provincie Drenthe en gemeente Emmen bouwen samen aan de ontwikkeling van Campus Emmen. Die moet uitgroeien tot een bruisende omgeving waar professionals, studenten, start-ups, bestaande bedrijven, overheid en instellingen samenwerken op het terrein van maakindustrie en groene chemie. Deze ontwikkeling sluit naadloos aan op de kennisagenda van de Universiteit van het Noorden, een samenwerkingsverband van Hanzehogeschool, Van Hall Larenstein, NHL Stenden Hogeschool en de RUG.

Referentie: Chongnan Ye, Vincent S. D. Voet, Rudy Folkersma and Katja Loos: Robust Superamphiphilic Membrane with a Closed-loop Life Cycle. Advanced Materials, 7 maart 2021