• Home
  • Chimica
  • Astronomia
  • Energia
  • Natura
  • Biologia
  • Fisica
  • Elettronica
  • Trattamento delle acque reflue con propulsione a getto

    Microtubi per il trattamento delle acque reflue:i tubi, che sono lunghi circa 500 micrometri, sono costituiti da uno strato esterno di ferro e uno strato interno di platino. kroröhrchen für Sullo strato di ferro, perossido di idrogeno, che si aggiunge all'acqua, degrada gli inquinanti organici in anidride carbonica e acqua. Sullo strato di platino interno, il perossido di idrogeno si degrada in ossigeno e acqua. Il microtubo si trasforma così in un microgetto a propulsione:le bolle di ossigeno che fuoriescono dal microtubo lo spingono in una direzione. I micropulitori per il nuoto puliscono l'acqua circa 12 volte più velocemente dei microtubi di ferro. Credito:MPI per sistemi intelligenti

    I ricercatori dell'Istituto Max Planck per i sistemi intelligenti di Stoccarda hanno sviluppato un nuovo metodo per la degradazione attiva degli inquinanti organici in soluzione utilizzando micromotori per il nuoto. I micropulitori mobili sono costituiti da uno strato esterno di ferro e uno interno di platino, combinando così due funzionalità. Perossido di idrogeno, che deve essere aggiunto alla soluzione contaminata, funge da combustibile per i micromotori al platino e da reagente per la degradazione degli inquinanti organici sullo strato di ferro. Non esistono molti metodi per pulire con successo le acque reflue inquinate. La reazione di Fenton, uno dei più diffusi processi di ossidazione avanzata per la degradazione degli inquinanti organici, si basa sulla corrosione acida spontanea della superficie del micromotore in ferro in presenza di perossido di idrogeno. Gli scienziati riferiscono che l'ossidazione degli inquinanti organici ottenuta da uno sciame di questi microgetti semoventi è dodici volte superiore rispetto a quando si utilizzano microtubi di ferro immobili.

    I comuni metodi di trattamento delle acque sono inefficienti nella rimozione della maggior parte dei tipi di inquinanti organici. Oli minerali, pesticidi, solventi organici, le vernici e gli organocloruri non possono essere rimossi con il cloruro, ozono o metodi di flocculazione che fanno parte delle normali procedure di trattamento dell'acqua. La reazione di Fenton, d'altra parte, è altamente efficiente nella rimozione di questi inquinanti. Il termine "reazione di Fenton" si riferisce all'uso di una combinazione di ferro e perossido di idrogeno per ossidare gli inquinanti organici, degradandoli così ad anidride carbonica e acqua. La reazione multistadio è catalizzata da ioni Fe(II). Il gruppo di Samuel Sánchez al Max Planck Institute for Intelligent Systems ha ora combinato il meglio di due mondi e ha creato un sistema a due livelli, versione semovente di questo microscopico sistema di pulizia. I loro microgetti hanno un micromotore interno in platino alimentato da perossido di idrogeno e uno strato di pulizia esterno in cui il perossido di idrogeno reagisce con gli inquinanti organici in presenza di ferro. Gli ioni Fe(II) necessari come catalizzatori per la reazione di Fenton si formano quando il ferro sulla superficie esterna del tubo entra in contatto con l'acqua.

    Per produrre i loro sistemi di pulizia mobili, i ricercatori hanno utilizzato un metodo per arrotolare film sottili di metallo che è stato sviluppato solo pochi anni fa. Hanno fatto evaporare uno strato sottile di ferro di 100-200 nanometri su una superficie di vetro rivestita con uno schema denso di quadrati di lacca allineati. In un secondo passaggio, i ricercatori hanno aggiunto uno strato di platino di un solo nanometro di spessore, utilizzando una speciale tecnica di sputtering. A causa delle diverse proprietà meccaniche dei metalli, il doppio strato inizia ad arrotolarsi a forma di tubo una volta rimosso lo strato di lacca. "Questa tecnica ci permette di produrre un gran numero di tubi multifunzionali", dice Samuel Sanchez, il capo del gruppo di ricerca Max Planck a Stoccarda.

    Le bolle di ossigeno trasformano i microtubi in un motore a reazione

    Lo strato di platino funziona come un motore, perché, molto simile al ferro, catalizza una reazione chimica con l'agente ossidante acqua ossigenata. "Il perossido di idrogeno funge da carburante per i nostri sottomarini in miniatura, " spiega Luis Soler, uno scienziato del gruppo di ricerca. Quando il perossido di idrogeno e il platino reagiscono, il platino funge da catalizzatore per la decomposizione del perossido di idrogeno in acqua e ossigeno, formando così piccole bolle. Man mano che vengono prodotte sempre più bolle, fuoriescono dal tubo. Inizialmente, quantità diverse di ossigeno escono da entrambi i lati del tubo e il tubo viene azionato casualmente. Non appena il tubo ha raggiunto una certa velocità, anche se, tutte le bolle scappano da una parte, e il tubo viene spinto nella direzione opposta alle bolle che fuoriescono, alimentando così più carburante nella parte anteriore.

    L'idea iniziale di rivestire i micromotori di platino con uno strato di ferro è nata mentre gli scienziati stavano pensando a un problema completamente diverso. Visioni tipiche delle possibilità tecnologiche dei futuri micro e nanomotori includono il trasporto rapido di agenti farmaceutici in aree target specifiche come le cellule tumorali, Per esempio. All'arrivo, avrebbero perforato la membrana cellulare come una nanocanula e iniettato l'agente attivo direttamente nella cellula bersaglio. Però, resta un grande ostacolo per realizzare questa visione:il perossido di idrogeno, come tutti gli altri combustibili che sono stati sviluppati per questi motori, danneggia gli organismi viventi. Ed è qui che nasce l'idea per una nuova applicazione:gli scienziati hanno deciso di impiegare i loro micromotori in luoghi dove l'uso del perossido di idrogeno non è uno svantaggio, ma svolge piuttosto un'importante funzione di co-reagente.

    Un nuovo rimedio contro residui di vernice e pesticidi

    Poiché anche lo strato di ferro è magnetico, i tubi possono essere diretti ad inquinanti difficili da raggiungere e possono essere recuperati a lavoro terminato. E, il perossido di idrogeno superfluo non influenzerà il successivo trattamento dell'acqua, perché è costantemente, ma lentamente, degradato in acqua e ossigeno dalla luce solare.

    Samuel Sánchez spiega la motivazione del gruppo, "Volevamo costruire micromotori che avessero un'applicazione significativa". Poi puntualizza:"Il limite più grande è che questo tipo di bonifica dell'acqua funziona solo su piccola scala, finora. Perciò, la strada per l'applicazione industriale è ancora lunga e tortuosa". questa nuova tecnologia apre la strada all'utilizzo di micromotori multifunzionali per applicazioni ambientali. Luis Soler aggiunge, "Posso ben immaginare che un giorno questi micromotori serviranno con successo a pulire l'acqua dai residui di vernice dell'industria tessile e dai pesticidi dell'agricoltura".


    © Scienza https://it.scienceaq.com