Industriële toepassing van nanogel stap dichterbij

Bijels, uitgesproken als bye-gels, zijn relatief nieuwe gels met unieke eigenschappen. Mariska de Ruiter heeft met haar promotieonderzoek aan het Debye Instituut voor Nanomaterialen Wetenschap belangrijke stappen gezet richting industriële toepassingen van dit veelbelovende goedje, bijvoorbeeld in filters en batterijen. Dat deed ze door te onderzoeken hoe je de structuur van bijels kunt beïnvloeden tijdens het fabricageproces en hoe je ze op grotere schaal kunt produceren. De Ruiter promoveerde op 25 november aan de Universiteit Utrecht.

In 2007 slaagden wetenschappers er voor het eerst in om bijels te produceren in een lab. Bijels zijn gelachtige substanties waarin olie en water nauw met elkaar verweven zijn, maar toch gescheiden blijven door een laagje nanodeeltjes. Dit resulteert in twee losse netwerken van olie- en waterkanaaltjes die in elkaar verstrengeld zijn, zoals hiernaast te zien is. Deze structuur maakt bijels uniek en veelbelovend voor allerlei toepassingen, zoals chemische scheiding, energieopslag en katalyse.

Dat komt met name doordat er een enorm oppervlak ontstaat waar de olie en het water slechts gescheiden worden door een laagje nanodeeltjes. Met een membraan gemaakt van bijels kun je in potentie, bijvoorbeeld, zonder oponthoud drinkwater maken van zout water.

Sleutelen aan structuur

De Ruiter ontdekte in haar promotieonderzoek dat je de structuur van bijels kunt beïnvloeden terwijl je ze maakt. Zo kwam ze erachter dat je kunt spelen met de grootte van de kanaaltjes in de bijels en hoe je de kanaaltjes kunt ‘aansluiten’ op reservoirs van de vloeistoffen die je met elkaar in contact wilt brengen. Daarnaast ontwikkelde ze een manier om bijel films te maken met een snelheid van een aantal kubieke centimeters per minuut. Dat is belangrijk wanneer je bijels praktisch wilt gaan toepassen; dan moet je ze op industriële schaal kunnen produceren.

De promovenda werkte met zogenoemde STrIPS-bijels. Deze type bijels werden in 2015 uitgevonden door haar promotor Martin Haase en hebben belangrijke voordelen in vergelijking met andere bijels. Zo kun je in STrIPS-bijels kleinere nanodeeltjes gebruiken om het oppervlak te stabiliseren, wat leidt tot heel kleine kanaaltjes.

Knutselen

Een van de grootste uitdagingen van De Ruiters onderzoek, was het vinden van een manier waarop ze de olie- en waterkanaaltjes van de bijels tegelijkertijd op bijbehorende reservoirs van olie en water kon verbinden. Dat is essentieel voor het gebruik van bijels in toepassingen. De promovenda slaagde er uiteindelijk in door holle vezels te ontwikkelen. Hiervoor vloeide ze verschillende vloeistoffen langs elkaar heen tijdens het fabricatieproces van de bijels. Om dit voor elkaar te krijgen knutselde ze zelf een hulpstuk in elkaar dat bestond uit een microscoopglaasje met daarop een aantal glazen buisjes die ze in elkaar schoof. “Daar ben ik een flink aantal middagen druk mee geweest”, zegt De Ruiter lachend.

Tekst gaat verder onder de afbeelding.

Mooie beelden

De Ruiter sleutelde aan diverse variabelen tijdens het fabricageproces van de bijels en bestudeerde het eindresultaat vervolgens met twee verschillende microscopietechnieken. Met de confocale laserscanmicroscoop kon ze zien hoe het water, de olie en de nanodeeltjes in de bijels verdeeld waren. De elektronenmicroscoop stelde haar in staat om hoge resolutie beelden te maken van de laagjes nanodeeltjes die overbleven na het indrogen van de bijels. Beide leverden inzichtelijke en tegelijkertijd mooie beelden op, zoals hiernaast te zien is. Het was wat De Ruiter betreft een van de leukste aspecten van haar onderzoek. “Het is tof om met eigen ogen te zien wat je hebt gemaakt.”