トラン・ティ・ヴィエット・ハ博士（32歳）の研究チームが作ったヘチマスポンジは、水から油やマイクロプラスチックを分離する能力があり、環境汚染問題の解決に役立つ。
2021年、ベトナム日本大学（ハノイ国家大学）先端技術工学部の講師であるトラン・ティ・ヴィエット・ハ博士とそのチームメンバーは、ヘチマ繊維から超疎水性材料を作り、水中の油やマイクロプラスチック粒子を除去するというアイデアを思いつきました。 1年以上の研究を経て、研究チームはベース層とコーティング層という2つの主要コンポーネントから構成される超疎水性フォーム製品を開発しました。
ベース層は、親水性のヒドロキシル基を多く含む性質を持つ天然の古いヘチマ繊維から作られており、自然な吸収性があります。洗浄工程では、ヘチマの表面をワックスに浸し、ワックスをスプレーして繊維に粗さを作り、性質を親水性から疎水性に変化させます。
コーティングは蜜蝋、パームワックス、豆ワックスなどから作られており、完全に天然で環境に優しいものです。
ワックスコーティングされたスポンジは防水性がありながら油を完全に吸収します。また、3D構造による毛細管現象と材料表面とプラスチック粒子間の静電相互作用により、約5μmの大きさのマイクロプラスチック粒子も簡単に吸着します。
ワックスを塗った後のヘチマは完全に防水になります。写真：研究チーム
試験結果によると、ヘチマの疎水性は良好で、水接触角は150度を超えています。これが、油を分離し、水混合物中のマイクロプラスチック粒子を捕捉するための基礎となります。
研究チームによると、表面が疎水性か親水性かは、水滴と固体表面の接触角に基づいて評価される。接触角が 150 度を超えると、表面は超疎水性になります。したがって、ヘチマスポンジは超疎水性をうまく実証しました。
ヘチマスポンジは約 72 ～ 88 g/g の割合で油を吸収し、油と水の混合物の分離効率は 99% を超えます。さらに、この材料はマイクロプラスチックの吸収率が高く、569 g の水に 381 mg のポリスチレン マイクロプラスチックが吸収され、効率は 99% に相当します。
ハ博士と彼の同僚は、ポリウレタンフォーム、メラミンフォーム、化学コーティング材料などの工業用フォームについて、実験室規模にしか適さない複雑な方法で同様の研究を行ってきました。一方、ヘチマ素材や天然ワックスコーティング法は、実用上、より大規模に実施できるものと考えられる。 「手順は簡単で、入手しやすい機材を使い、高度な技術は必要ありません。特に製造時間はわずか1時間以内と早いです」と女性医師は語った。
ヘチマスポンジは水から油を分離することができます。写真：研究チーム
世界銀行の2022年7月の報告書によると、ベトナムでは毎年約310万トンのプラスチック廃棄物が陸上に存在すると推定されている。マイクロプラスチック以外にも、油は直接的または間接的な排出を通じて水源に入り込み、さまざまな経路で環境に拡散し、人間や動物に多くの潜在的な健康問題を引き起こす可能性があります。
この問題を解決するために、焼却、化学処理、生物学的処理など、さまざまな方法が適用されてきましたが、二次汚染を引き起こす可能性があります。たとえば、焼却法は水から油を除去するのに役立ちますが、処理後に大量の CO2 と SO2 を生成して空気を汚染します。
ハ博士は、同グループの繊維フォームは環境汚染を処理し、上記の問題を克服するために使用できると述べた。この研究は、2023年6月にEnvironmental Technology & Innovation誌に掲載されました。
准教授ベトナム国家大学ハノイ校理科大学化学学部のグエン・ミン・フオン博士は、石油とマイクロプラスチックはベトナムだけでなく世界中で大きな懸念となっている2つの環境汚染物質であると評価しました。表面水の油流出汚染は深刻な問題であり、それを除去する材料は非常に軽く、水面に浮く必要があります。一方、マイクロプラスチックは大きなプラスチックよりも毒性が強く、肉眼で観察することができます。ハ博士の研究グループが目指す 2 つのテーマは、いずれも時事的かつ実用的な重要性を帯びています。
フォン准教授によると、水環境における油とマイクロプラスチックの処理に関する研究は、国内外でまだかなり控えめである。水環境中の油とマイクロプラスチックの両方を同時に処理できる材料を開発した研究グループはまだない。
彼女は、ヘチマは天然素材であり、環境に優しく、生分解性であるため、環境汚染に対処するためにヘチマを使用するというアイデアは新しくてユニークだと述べた。ヘチマは、表面積が大きく、孔径も大きく、非常に軽く水面に浮きやすいという優れた特性があるため、水中の重金属などの無機汚染物質を処理するための材料に関する研究に使用されてきました。
超疎水性材料は、油を選択的に吸収する能力があるため、世界中の科学者の関心を集めています。通常、多孔質材料を疎水性表面に改質するには化学的手法が使用されます。
PSG Phuong氏によると、研究グループのように天然由来のワックスを使用して材料の表面を改質することは、応用性の高い興味深いアイデアだという。
ビック・タオ
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