Houtspons

Bij scheepsongelukken kan olie lekken naar het water. Om milieuschade te voorkomen hebben onderzoekers een materiaal op basis van hout ontwikkeld, waarmee olie uit water kan worden opgenomen. De werking van dit materiaal lijkt op die van een spons. Daarom heeft het de naam  ‘houtspons’ gekregen.
Hout bestaat uit cellulose, lignine en hemicellulose.
Bij het maken van een houtspons moet het hout als volgt worden behandeld:
stap 1: Lignine wordt verwijderd.
stap 2: Hemicellulose wordt verwijderd.
stap 3: De overgebleven cellulose wordt gedroogd.
stap 4: De gedroogde cellulose wordt hydrofoob gemaakt.
stap 1
Voor het verwijderen van lignine wordt een oplossing van natriumchloriet gebruikt met een pH van 4,7. Deze oplossing bevat onder andere chlorietionen (ClO2–). Uit deze chlorietionen wordt chloordioxide (ClO2) gevormd volgens reactie 1.
5 ClO2– + 4 H+ --> 4 ClO2 + Cl– + 2 H2O        (reactie 1)
Chloordioxide (ClO2) reageert vervolgens met lignine. Bij deze redoxreactie wordt ClO2 omgezet tot ClO2– volgens onderstaande halfreactie a. Deze vergelijking is onvolledig: er ontbreekt een elektron.
ClO2 --> ClO2–                                                                  (halfreactie a)

ClO2– wordt in reactie 1 omgezet en tijdens de reactie van ClO2 met lignine weer gevormd. Toch is ClO2– geen katalysator.

 

De reactie met ClO2 veroorzaakt veranderingen in de structuur van lignine. In figuur 1 is zo’n verandering schematisch weergegeven.

Door deze veranderingen wordt lignine beter oplosbaar in water en kan lignine uit het hout verwijderd worden. De verbeterde oplosbaarheid is onder andere te danken aan de vorming van waterstofbruggen met de ontstane zuurgroep en door hydratatie van de geladen groep.

stap 2 en 3
Na het verwijderen van de lignine wordt de hemicellulose uit het hout verwijderd met natronloog. Van het hout blijft dan alleen de cellulose over, die nog een kleine hoeveelheid water bevat. Dit water moet ook nog worden verwijderd. Hiertoe wordt de cellulose sterk afgekoeld, zodat het  aanwezige water bevriest. Door de luchtdruk steeds laag te houden, verdampt het bevroren water en wordt dit vervolgens afgevoerd. Deze scheidingsmethode heet ‘vriesdrogen’ en heeft  overeenkomsten met het indampen van een oplossing. Zo zijn bijvoorbeeld de fasen van het water en van het residu, direct na uitvoering van het vriesdrogen, gelijk aan de fasen direct na uitvoering van het indampen van een oplossing.

stap 4
Om olie te kunnen opnemen, moet het oppervlak van de cellulose hydrofoob worden gemaakt. Dit gebeurt door een behandeling waardoor op de cellulose een laagje van het polymeer polysiloxaan wordt gevormd. 
Daarna is de houtspons klaar. In figuur 2 is de reactie tussen drie monomeereenheden van polysiloxaan en drie monomeereenheden van cellulose schematisch weergegeven.

 

Olie is een mengsel van koolwaterstoffen.

Geabsorbeerde olie kan uit houtspons worden verwijderd door deze eenvoudigweg eruit te persen. De houtspons veert daarna terug tot zijn oude vorm en kan opnieuw worden gebruikt. Onderzoekers hebben de opname van olie door de houtspons gemeten tijdens een aantal cycli van opname en uitpersen. De resultaten zijn in figuur 3 weergegeven. De opname van olie is uitgedrukt in het aantal gram olie dat per gram houtspons is opgenomen.

In 2018 botste in de Rotterdamse haven een Noorse olietanker op een steiger, waardoor de tanker 200 ton olie verloor.

video uitleg, gebruik de tijdcodering https://www.youtube.com/watch?v=-PznpnDPv6I