Стирка с блеском: Каратики и жир
За почти сотню лет, прошедшие с момента появления первых стиральных машин, они превратились в компактные, легкие и экономные автоматы. Но и самая современная машина вынуждена подогревать воду: большинство загрязнений на ткани эффективно удаляется лишь при температурах от 60 до 90 ОС. Ограничивает эту цифру лишь сама ткань — даже новейшие «биологические» порошки с добавлением ферментов не позволят избавиться от некоторых видов в более холодной воде. В результате стиральные машины становятся одними из самых активно потребляющих электроэнергию бытовых приборов: на стирку требуется 5−10 КВт*ч. Армия стиральных машин ответственна за несколько процентов из энергии, потребляемой человечеством в целом.
Чтобы добиться возможности стирки в холодной воде, группа ученых из британских университетов совместно с исследователями Procter & Gamble реализует проект Cold Water Cleaning Initiative, в рамках которого трудятся над созданием детергентов нового поколения. Возглавляет работы профессор Эндрю Марш (Andrew Marsh).
И не так давно команда представила работу, в которой сообщила о значительном продвижении к заветной цели — средству, эффективно удаляющему загрязнения даже в холодной воде. «Мы обнаружили, — говорит Эндрю Марш, — что 5-нанометровые алмазы в корне меняли свойства детергента при 25 ОС, удваивая количество удаляемого жира. Даже при 15 ОС удавалось снять очень тяжелые жировые загрязнения».
Вспомним, что с химической точки зрения детергенты представляют собой длинные гидрофобные цепочки углеводородов с гидрофильной «шляпкой» на конце. Гидрофобная часть молекул погружается в жировое загрязнение, а гидрофильные остаются в контакте с водой, таким образом помещая нерастворимые в воде жиры и масла внутрь гидрофильного «пузырька», мицеллы, и позволяя загрязнению легко смываться.
Однако в холодной воде начинаются трудности — прежде всего, с хорошенько высохшими пятнами жира, «зацепить» которые детергенту оказывается не под силу. Именно в этой проблеме и должны помочь наноалмазы. Поверхность алмазных кристаллов вообще сильно гидрофобна, и это их свойство даже используется в промышленности, при отделении удачных искусственных алмазов от отходов.
Кстати, производство таких мельчайших алмазных крошек вовсе недорого — если алмаз весом в карат (ок. 0,2 г) может обойтись в 10 тыс. долларов, то крошка весом по 4−5% карата продается уже по цене в 200 долларов за килограмм. Ученые подсчитали, что добавление наноалмазов в нужной концентрации добавит к себестоимости стирального порошка не более одного доллара.
И притом эффект для стирки получается действительно значительный: по сути, пятна жира покрываются тонким слоем гидрофобных частиц наноалмазов. Их гидрофобная поверхность, в свою очередь, является удобной для взаимодействия с гидрофобными хвостами молекул детергента.
По пресс-релизу University of Warwick