p Ajustar as partículas não envolve adicionar mais ferro, mas sim, forçando o ferro nas partículas a se tornar reativo ou passivo. Aqui, imagens microscópicas de partículas de ferro e extensos testes demonstram que o ferro passivo está se tornando reativo, em vez de adicionar mais ferro.
p (Phys.org) —Para entender como os poluentes subterrâneos reagem com a magnetita e outros minerais, os cientistas precisam de um substituto mineral fácil de usar. Uma equipe internacional liderada pelo Pacific Northwest National Laboratory criou partículas análogas com quantidades precisamente ajustadas de ferro relativamente reativo, ou Fe (II), e ferro menos reativo, Fe (III), para combinar com as condições naturais. Ajustar esta relação Fe (II) / Fe (III) mostra a quantidade desejada de reatividade de ferro. Para testar seu processo, a equipe criou pequenas esferas de óxido de ferro semelhantes à magnetita, exceto com titânio adicionado para controlar a razão Fe (II) / Fe (III) diretamente. p "Este sistema de nanopartículas nos permite ajustar o ferro de uma maneira previsível e determinar a reatividade sistematicamente, "disse a Dra. Carolyn Pearce, um geoquímico PNNL que liderou o estudo.
p Os geoquímicos querem saber como os contaminantes, como o tecnécio, interagir com a fração reativa de minerais em antigos locais de armas nucleares. Mas, para desvendar esses tipos de problemas complexos, os pesquisadores precisam de amostras bem definidas que possam analisar em laboratório. Essas novas partículas parecem ser um bom substituto para esses minerais. As partículas também são de interesse no desenvolvimento de fluidos à base de ferro, terapia de câncer pioneira, entrega de drogas, sensores químicos, atividade catalítica, materiais fotocondutores, e usos mais tradicionais em armazenamento de dados.
p "Os materiais do PNNL já foram usados em bioensaios de próxima geração para a absorção celular de nanopartículas, "disse Pearce." Sua capacidade de trocar elétrons com substâncias no líquido que os cerca os torna uma perspectiva intrigante para uma série de usos de remediação. "
p Quando colocado em uma solução diluída, líquido ligeiramente ácido, o ferro reativo nas partículas se move para a superfície e, em seguida, para o meio ambiente, onde reage.
p A equipe sintetizou as partículas em uma bancada com química aquosa simples, mas contendo quantidades precisas de titânio dopado em suas estruturas cristalinas, que ajusta a razão Fe (II) / Fe (III). A equipe realizou e relatou um conjunto abrangente de estudos espectroscópicos e microscópicos sobre essas partículas em tudo, desde sua estrutura atômica até suas formas e reatividade.
p "Criar as partículas em uma bancada torna mais fácil, mas entender o que você tem em detalhes requer muitas caracterizações e ferramentas, "disse Pearce." Com o conjunto de instrumentos agora disponível, aqui no EMSL e nas instalações do usuário síncrotron, fomos capazes de levar essa ciência fundamental a um nível sem precedentes. "
p Depois de realizar testes químicos básicos, a equipe voltou-se para a difração de micro-raios-X em suspensões aquosas da nanopartícula para observar a estrutura em forma de caixa dos átomos da partícula. Esta técnica de difração também mostrou que a equipe só poderia sintetizar partículas até um certo nível de titânio em temperatura ambiente.
p Próximo, a equipe caracterizou a espectroscopia Mössbauer de partículas e a espectroscopia de fotoelétrons de raios-X com raios-X duros, o que lhes permitiu examinar o interior das partículas. Eles então usaram mais suave, raios-x menos invasivos no síncrotron para recolher detalhes sobre as superfícies das partículas, onde ocorre muita química.
p Eles usaram um microscópio eletrônico de transmissão para ver a cristalinidade e morfologia das partículas. Eles descobriram que as partículas eram geralmente esféricas, mas com algumas facetas de cristal e um diâmetro de 10 a 12 nanômetros em média.
p Então, a equipe colocou as partículas em um sistema mais diluído e executou todos os testes novamente, dando à equipe uma visão antes e depois das partículas. Os resultados forneceram à equipe a composição, estrutura, e propriedades magnéticas das partículas de titanomagnetita, com distinções entre a maneira como as partículas se comportam internamente em relação às suas superfícies. Eles descobriram que em um líquido ligeiramente ácido ou rico em prótons, o Fe (II) se move do interior da partícula para a superfície e para a solução.
p "É realmente difícil rastrear o movimento do ferro nas amostras, particularmente nas poucas camadas atômicas perto da superfície, "disse o Dr. Kevin Rosso, que lidera o grupo de Geoquímica do PNNL e trabalhou neste estudo. "Mas, neste sistema fizemos exatamente isso. "
p Ao determinar as fórmulas complexas que explicam como as nanopartículas se comportam com diferentes níveis de ferro, a equipe agora está pegando esses dados e comparando-os com o comportamento do titanomagnetito encontrado no site Hanford. Essas comparações estão ajudando os cientistas a prever melhor como o material natural se comportará ao encontrar diferentes tipos de resíduos ao longo de milhares de anos.
