Lo scossone elettrico ad alta tensione al carbonio rende il purificatore d’acqua superiore


Processo di sintesi dell’adsorbente di nanocarbonino. Credito: Nagahiro Saito

I nanocarburi per purificare l’acqua ottengono molto più efficienti esponendo una miscela precursore ad alta tensione.

Gli scienziati dell’Università di Nagoya hanno sviluppato un processo di fabbricazione in un solo passaggio che migliora la capacità dei nanocarboni di rimuovere gli ioni metallici pesanti tossici dall’acqua. I risultati, pubblicati sulla rivista ACS Applied Nano Materials, potrebbero aiutare gli sforzi per migliorare l’accesso universale all’acqua pulita.

Vari nanocarburi sono in fase di studio e utilizzati per purificare l’acqua e le acque reflue assorbendo coloranti, gas, composti organici e ioni metallici tossici. Questi nanocarburi possono adsorare gli ioni metallici pesanti, come il piombo e il mercurio, sulle loro superfici attraverso forze di attrazione molecolare. Ma questa attrazione è debole, e quindi non sono adsorbenti molto efficienti da soli.

Per migliorare l’adsorbimento, gli scienziati stanno valutando l’aggiunta di molecole ai nanocarboni, come i gruppi di amminomino, che formano legami chimici più forti con i metalli pesanti. Stanno anche cercando di trovare modi per utilizzare tutte le superfici disponibili sui nanocarburi per l’adsorbimento degli ioni metallici, comprese le superfici dei loro pori interni. Questo migliorerebbe la loro capacità di adsorbere più ioni metallici alla volta.

Lo scienziato dei materiali Nagahiro Saito dell’Institute of Innovation for Future Society dell’Università di Nagoya e i suoi colleghi hanno sviluppato un nuovo metodo per sintetizzare un “nanocarbonio modificato con amino-modified” che assorbe in modo più efficiente diversi ioni di metalli pesanti rispetto metodi convenzionali.

Hanno mescolato il fenolo, come fonte di carbonio, con un composto chiamato APTES, come fonte di gruppi di aminoacidi. Questa miscela è stata posta in una camera di vetro ed esposta ad un’alta tensione, creando un plasma in liquido. Il metodo utilizzato, chiamato “processo di soluzione del plasma”, è stato mantenuto per 20 minuti. I precipitati neri di carbonio ammino-modificati si sono formati e sono stati raccolti, lavati e asciugati.

Una varietà di test ha dimostrato che i gruppi di amminomino avevano distribuito uniformemente sulla superficie dei nanocarboni, anche nei suoi pori simili a fessure.

“Il nostro processo in un solo passaggio facilita il legame dei gruppi di amminotri su superfici esterne ed interne del nanocarbonio poroso,” dice Saito. “Questo ha aumentato drasticamente la loro capacità di adsorgo rispetto a un nanocarbonio da solo.”

Hanno messo i nanocarburi ammino-modificati attraverso dieci cicli di ioni di metallo assorbente di rame, zinco e cadmio, lavandoli tra ogni ciclo. Anche se la capacità di adsorgari gli ioni metallici è diminuita con cicli ripetitivi, la riduzione è stata piccola, rendendoli relativamente stabili per l’uso ripetitivo.

Infine, il team ha confrontato i loro nanocarburi ammino-modificati con altri cinque sintetizzati con metodi convenzionali. Il loro nanocarbonio aveva la più alta capacità di adsorbimento per gli ioni metallici testati, indicando che ci sono più gruppi di aminoacidi sul loro nanocarbonio rispetto agli altri.

“Il nostro processo potrebbe contribuire a ridurre i costi della purificazione dell’acqua e avvicinarci al raggiungimento di un accesso universale ed equo all’acqua potabile sicura e conveniente per tutti entro il 2030”, afferma Saito.

Riferimento: “Liquid-Phase Plasma-Assisted in Situ Synthesis of Amino-Rich Nanocarbon for Transition Metal Ion Adsorption” di Mongkol Tipplook, Phuwadej Pornaroontham, Anyarat Watthanaphanit e Nagahiro Saito, 27 dicembre 2019, ACS Applied Nano Materials.
DOI: 10.1021/acsanm.9b01915

Questo lavoro è stato supportato da JST-SICORP Grant JPMJSC18H1 e JST-OPERA Grant JPMJOP1843.