医師が油やマイクロプラスチックを吸収するヘチマスポンジを開発

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）先端技術工学部のトラン・ティ・ヴィエット・ハ講師と研究チームは、水中の油やマイクロプラスチック粒子を除去するために、ヘチマ繊維から超疎水性材料を作るというアイデアを考案しました。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つの主要成分からなる超疎水性フォーム製品を開発しました。

ベース層は、天然の古いヘチマから作られています。ヘチマは親水性の水酸基を持ち、自然な吸水性を持っています。洗浄後、ヘチマの表面をワックスに浸し、スプレーで表面をコーティングすることで、繊維に凹凸を作り、親水性から疎水性へと性質を変化させます。

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撥水性がありながら、油を完全に吸収します。また、3D構造による毛細管現象と素材表面とプラスチック粒子間の静電相互作用により、約5μmのマイクロプラスチック粒子を容易に吸収します。

*ワックスでコーティングされたヘチマ繊維は完全な防水性を持つ。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。これは、水混合物中の油を分離し、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、表面の疎水性と親水性は、水滴と固体表面の接触角に基づいて判断されます。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実証することに成功しました。

ヘチマスポンジは、油を約72～88g/gの割合で吸収し、油水混合物の分離効率は99%以上でした。さらに、この素材はマイクロプラスチックの吸収能力も高く、569gの水中に381mgのポリスチレンマイクロプラスチックを吸収することができ、99%の効率に相当します。

ハ博士と同僚たちは、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といった工業用フォームについても同様の研究を行ってきましたが、いずれも複雑な手法を用いるため、実験室規模でしか実現できませんでした。一方、ヘチマ繊維素材と天然ワックスコーティング法は、現実世界でより大規模に実施できると評価されています。「このプロセスはシンプルで、入手しやすい設備で製造でき、高度な技術は不要です。特に製造時間は1時間以内と非常に短いです」とハ博士は述べています。

世界銀行が2022年7月に発表した報告書によると、ベトナムの陸上には毎年約310万トンのプラスチック廃棄物が存在すると推定されています。マイクロプラスチックに加え、油も直接的または間接的な排出によって水源に入り込み、様々な経路で環境に拡散し、人や動物に多くの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、生物処理など、様々な方法が適用されてきましたが、これらは二次汚染を引き起こす可能性があります。例えば、焼却は水中の油分を除去するのに役立ちますが、処理後に大量のCO2とSO2を発生させ、大気汚染を引き起こします。

ハ博士は、同研究グループの繊維スポンジは環境汚染の処理に利用でき、上記の問題を克服できると述べた。この研究は、2023年6月にEnvironmental Technology & Innovation誌に掲載された。

ベトナム国家大学ハノイ校自然科学大学化学部のグエン・ミン・フオン准教授は、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深刻な環境汚染物質であると評価しました。表層水の油汚染は喫緊の課題であり、それを除去するには軽量で水面に浮く素材が不可欠です。一方、マイクロプラスチックは大型プラスチックよりも毒性が強く、肉眼で観察可能です。ハ博士の研究チームが目指すこの2つのテーマは、時事性と実用性を兼ね備えています。

フォン准教授によると、水環境中の油とマイクロプラスチックの処理に関する研究は、国内外ともにまだかなり少ない。現在、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存在しない。

彼女は、ヘチマを環境汚染処理に用いるというアイデアは斬新でユニークだと述べました。ヘチマは天然由来の素材で、環境に優しく、生分解性があるためです。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で既に活用されています。

超撥水性材料は、油を選択的に吸収する能力を持つことから、世界中の科学者の注目を集めています。通常、多孔質材料を疎水性表面に変換するには、化学的手法が用いられます。

フォン准教授によると、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、興味深く、非常に応用性の高いアイデアだという。

ビック・タオ

ソースリンク