Vattenfilmer – de tysta arkitekterna bakom kemiska omvandlingar

Tan Luong, doktorand vid Kemiska institutionen.

ImageTrung Nguyen

Vattenfilmer finns på praktiskt taget alla mineraler som utsätts för luftfuktighet, från torra jordar till atmosfäriskt damm. Antalet vattenskikt som mineralerna kan bära styrs direkt av fuktigheten i atmosfären. Tan Luongs avhandling avslöjar hur vattenfilmer av olika tjocklek påverkar två viktiga fenomen i naturen och inom teknik: omvandlingen av mineraler och nedbrytningen av organiska ämnen. Hans upptäckter bidrar till ny grundläggande kunskap som behövs för att ta itu med några av mänsklighetens största utmaningar, som global uppvärmning och föroreningar.

Växer i flera dimensioner

Nya mineraler kan utvecklas från joner – laddade atomer eller molekyler – som löses upp från primära mineraler inuti vattenfilmer. Dessa joner reagerar med gaser som koldioxid och syre, och växer till nya mineraler som kan förändra funktionen hos det ursprungliga mineralet.

Extremt tunna vattenfilmer, som bara delvis täcker mineralytor, kan ge upphov till mineraltillväxt men bara i två dimensioner, ungefär som när ett enda pappersark växer i sidled. Tjockare vattenfilmer, däremot, med flera lager stimulerar tredimensionell tillväxt, precis som när man staplar många pappersark i en bok.

– Den här kunskapen är till nytta när man tillverkar material i miljöer med kontrollerad luftfuktighet. Materialens storlek och form påverkar deras funktion inom avancerad teknik, till exempel utveckling av batterier och strategier för att avlägsna föroreningar, säger Tan Luong.

Miljövänlig avskiljning av koldioxid

Många tekniker för koldioxidavskiljning har en utmaning i form av energikostnader som i sin tur kan lämna koldioxidavtryck. Ett sätt att bidra till att uppnå nollutsläpp är att använda en miljövänlig lösning som efterliknar hur naturliga stenar, till exempel stalagmiter i grottor, fångar upp koldioxid.

Tan Luong undersökte därför förmågan hos magnesiumoxid att binda koldioxid. Magnesiumoxid är en komponent i gruvavfall och ett material som har potential i utvecklingen av grönare teknik. Han fann dock att ultratunna produktbeläggningar av magnesiumkarbonat effektivt kan förgifta reaktionerna, men identifierade också ett möjligt sätt att kringgå denna flaskhals genom att använda sig av kemisk attack under extremt hög luftfuktighet.

–  Vi har visat på potentialen hos magnesiumoxid för koldioxidavskiljning under dynamiska fuktighetsförhållanden. För att uppnå en miljövänlig och effektiv avskiljning krävs dock mer arbete för att undvika de beläggningar som hindrar reaktionen, säger Tan Luong.

Syrets roll

Tan Luongs studie visade också hur syre- och vattenfilmer påskyndar eller bromsar omvandlingen av organiska föroreningar till ofarliga ämnen som koldioxid och vatten, genom en metod som omvandlar ljusenergi till kemisk energi. Resultaten bidrar till grundläggande kunskap som är nödvändig för innovationer inom vatten- och luftreningsteknik.