Gli scienziati della Nagoya University hanno sviluppato un processo di fabbricazione in un'unica fase che migliora la capacità dei nanocarburi di rimuovere dall'acqua gli ioni tossici di metalli pesanti. Le scoperte, pubblicato sulla rivista ACS Applied Nano Materials, potrebbe aiutare gli sforzi per migliorare l'accesso universale all'acqua pulita.

Vari nanocarburi sono in fase di studio e utilizzo per la depurazione di acque e acque reflue mediante l'adsorbimento di coloranti, gas, composti organici e ioni di metalli tossici. Questi nanocarburi possono adsorbire ioni di metalli pesanti, come piombo e mercurio, sulle loro superfici attraverso forze di attrazione molecolare. Ma questa attrazione è debole, e quindi non sono assorbenti molto efficienti da soli.

Per migliorare l'assorbimento, gli scienziati stanno considerando di aggiungere molecole ai nanocarburi, come gruppi amminici, 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 di ioni metallici, comprese le superfici dei loro pori interni. Ciò migliorerebbe la loro capacità di assorbire più ioni metallici alla volta.

Lo scienziato dei materiali Nagahiro Saito dell'Istituto di innovazione per la società futura dell'Università di Nagoya e colleghi hanno sviluppato un nuovo metodo per sintetizzare un "nanocarbonio modificato con aminoacidi" che assorbe in modo più efficiente diversi ioni di metalli pesanti rispetto ai metodi convenzionali.

Hanno mescolato fenolo, come fonte di carbonio, con un composto chiamato APTES, come fonte di gruppi amminici. Questa miscela è stata posta in una camera di vetro ed esposta ad un alto voltaggio, creando un plasma in un liquido. Il metodo che usavano, chiamato "processo al plasma in soluzione, " è stato mantenuto per 20 minuti. Si sono formati e sono stati raccolti precipitati neri di carboni amminici modificati, lavato e asciugato.

Una serie di test ha mostrato che i gruppi amminici si erano distribuiti uniformemente sulla superficie del nanocarbonio, compreso nei suoi pori a fessura.

"Il nostro processo in un'unica fase facilita il legame dei gruppi amminici su entrambe le superfici esterne ed interne del nanocarbonio poroso, " dice Saito. "Questo ha aumentato drasticamente la loro capacità di adsorbimento rispetto a un nanocarbonio da solo".

Sottopongono i nanocarburi ammino-modificati a dieci cicli di assorbimento del rame, ioni metallici di zinco e cadmio, lavandoli tra ogni ciclo. Sebbene la capacità di adsorbire ioni metallici diminuisse con cicli ripetitivi, la riduzione è stata piccola, rendendoli relativamente stabili per un uso ripetitivo.

Finalmente, il team ha confrontato i loro nanocarboni modificati con aminoacidi 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 amminici sul loro nanocarbonio rispetto agli altri.

"Il nostro processo potrebbe aiutare a ridurre i costi di purificazione dell'acqua e avvicinarci al raggiungimento di un accesso universale ed equo all'acqua potabile sicura ed economica per tutti entro il 2030, "dice Saito.