Processo de síntese do adsorvente de nanocarbono. Crédito:Nagahiro Saito
Os cientistas da Universidade de Nagoya desenvolveram um processo de fabricação de uma etapa que melhora a capacidade dos nanocarbonos de remover íons de metais pesados tóxicos da água. As evidências, publicado na revista ACS Applied Nano Materials, poderia ajudar nos esforços para melhorar o acesso universal à água potável.
Vários nanocarbonos estão sendo estudados e usados para purificar água e efluentes por adsorção de corantes, gases, compostos orgânicos e íons metálicos tóxicos. Esses nanocarbonos podem adsorver íons de metais pesados, como chumbo e mercúrio, em suas superfícies por meio de forças de atração molecular. Mas essa atração é fraca, e, portanto, eles não são adsorventes muito eficientes por si próprios.
Para melhorar a adsorção, os cientistas estão considerando adicionar moléculas aos nanocarbonos, como grupos amino, que formam ligações químicas mais fortes com metais pesados. Eles também estão tentando encontrar maneiras de usar todas as superfícies disponíveis em nanocarbonos para adsorção de íons metálicos, incluindo as superfícies de seus poros internos. Isso aumentaria sua capacidade de adsorver mais íons de metal por vez.
O cientista de materiais Nagahiro Saito, do Instituto de Inovação para a Sociedade do Futuro da Universidade de Nagoya, e seus colegas desenvolveram um novo método para sintetizar um "nanocarbono modificado com amino" que adsorve de forma mais eficiente vários íons de metais pesados em comparação com os métodos convencionais.
Eles misturaram fenol, como fonte de carbono, com um composto chamado APTES, como fonte de grupos amino. Esta mistura foi colocada em uma câmara de vidro e exposta a uma alta tensão, criando um plasma em líquido. O método que eles usaram, chamado de "processo de solução de plasma, "foi mantida por 20 minutos. Precipitados pretos de carbonos modificados com amino se formaram e foram coletados, lavado e seco.
Uma variedade de testes mostrou que os grupos amino foram distribuídos uniformemente sobre a superfície do nanocarbono, incluindo em seus poros em forma de fenda.
"Nosso processo de etapa única facilita a ligação de grupos amino nas superfícies externas e internas do nanocarbono poroso, "diz Saito." Isso aumentou drasticamente sua capacidade de adsorção em comparação com um nanocarbono sozinho. "
Eles colocam os nanocarbonos modificados com amino em dez ciclos de adsorção de cobre, íons metálicos de zinco e cádmio, lavando-os entre cada ciclo. Embora a capacidade de adsorver íons metálicos diminua com ciclos repetitivos, a redução foi pequena, tornando-os relativamente estáveis para uso repetitivo.
Finalmente, a equipe comparou seus nanocarbonos modificados com amino com cinco outros sintetizados por métodos convencionais. Seu nanocarbono tinha a maior capacidade de adsorção para os íons metálicos testados, indicando que há mais grupos amino em seu nanocarbono do que os outros.
"Nosso processo pode ajudar a reduzir os custos de purificação da água e nos aproximar de um acesso universal e equitativo à água potável segura e acessível para todos até 2030, "diz Saito.