Los científicos de la Universidad de Nagoya han desarrollado un proceso de fabricación de un solo paso que mejora la capacidad de los nanocarbonos para eliminar iones tóxicos de metales pesados del agua. Los hallazgos, publicados en la revista Materiales nano aplicados por ACS , podría ayudar a los esfuerzos para mejorar el acceso universal al agua limpia.
Varios nanocarbonos están siendo estudiados y utilizados para purificar agua y aguas residuales mediante la adsorción de tintes, gases, compuestos orgánicos e iones metálicos tóxicos. Estos nanocarbonos pueden adsorber iones de metales pesados, como plomo y mercurio, en sus superficies mediante fuerzas de atracción molecular. Pero estola atracción es débil, por lo que no son adsorbentes muy eficientes por sí solos.
Para mejorar la adsorción, los científicos están considerando agregar moléculas a los nanocarbonos, como grupos amino, que forman enlaces químicos más fuertes con metales pesados. También están tratando de encontrar formas de utilizar todas las superficies disponibles en los nanocarbonos para la adsorción de iones metálicos, incluidas las superficiesde sus poros internos. Esto aumentaría su capacidad de adsorber más iones metálicos a la vez.
El científico de materiales Nagahiro Saito del Instituto de Innovación para la Sociedad del Futuro de la Universidad de Nagoya y sus colegas desarrollaron un nuevo método para sintetizar un "nanocarbono modificado con amino" que adsorbe de manera más eficiente varios iones de metales pesados en comparación con los métodos convencionales.
Mezclaron fenol, como fuente de carbono, con un compuesto llamado APTES, como fuente de grupos amino. Esta mezcla se colocó en una cámara de vidrio y se expuso a un alto voltaje, creando un plasma en líquido. El método que utilizaron, denominado "proceso de plasma de solución", se mantuvo durante 20 minutos. Se formaron precipitados negros de carbonos modificados con amino y se recogieron, lavaron y secaron.
Una variedad de pruebas mostraron que los grupos amino se habían distribuido uniformemente sobre la superficie del nanocarbono, incluso en sus poros en forma de hendidura.
"Nuestro proceso de un solo paso facilita la unión de grupos amino en las superficies externas e internas del nanocarbono poroso", dice Saito. "Esto aumentó drásticamente su capacidad de adsorción en comparación con un nanocarburo por sí solo".
Pusieron los nanocarbonos modificados con amino a través de diez ciclos de adsorción de iones metálicos de cobre, zinc y cadmio, lavándolos entre cada ciclo. Aunque la capacidad de adsorción de iones metálicos disminuyó con los ciclos repetitivos, la reducción fue pequeña, haciéndolos relativamente establesuso repetitivo
Finalmente, el equipo comparó sus nanocarbonos modificados con amino con otros cinco sintetizados por métodos convencionales. Su nanocarbono tenía la mayor capacidad de adsorción para los iones metálicos probados, lo que indica que hay más grupos amino en su nanocarbono que los otros.
"Nuestro proceso podría ayudar a reducir los costos de la purificación del agua y acercarnos a lograr un acceso universal y equitativo a agua potable segura y asequible para todos en 2030", dice Saito.
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Materiales proporcionado por Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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