Elemento mercurio (Hg), forma liquida. Credito:Wikipedia.
I ricercatori stimano che le emissioni di mercurio nell'atmosfera siano quadruplicate dalla rivoluzione industriale. Il metallo pesante, generato dalla combustione di combustibili fossili e dallo smaltimento di rifiuti industriali e sanitari, è diventato così persistente negli ambienti acquatici che la Food and Drug Administration statunitense suggerisce che circa una mezza dozzina di specie di pesci sono così contaminate da mercurio che le persone dovrebbero evitare di consumarle. loro. I ricercatori lavorano da molti anni allo sviluppo di sistemi per la rimozione del mercurio dall'acqua. Ma un team della Drexel University potrebbe aver trovato il materiale giusto per catturare in modo efficiente l'argento vivo evasivo, anche a bassi livelli, e ripulire i corpi idrici contaminati.
Tra i molti metodi per rimuovere il mercurio dall'acqua, l'adsorbimento, il processo di attrazione chimica e rimozione dei contaminanti, è la tecnologia più promettente grazie alla sua relativa semplicità, efficienza e basso costo, secondo il professor Masoud Soroush, Ph.D. del Drexel College of Engineering. , il cui laboratorio sta sviluppando una nuova tecnologia di adsorbimento.
"I moderni adsorbenti, come resine, silice mesoporosa, calcogenuri e carboni mesoporosi, hanno efficienze più elevate rispetto agli adsorbenti tradizionali, come carbone attivo, argille e zeoliti che hanno una bassa affinità con il mercurio e basse capacità", ha affermato Soroush. "Tuttavia, il problema con tutti questi materiali è che la loro efficienza di rimozione del mercurio è ancora bassa e non sono in grado di abbassare il livello di mercurio a meno di 1 parte per miliardo".
Il team di ricercatori di Soroush della Drexel e della Temple University ha esplorato la sintesi e l'utilizzo di un MXene in carburo di titanio modificato in superficie per la rimozione del mercurio. Gli MXenes sono una famiglia di nanomateriali bidimensionali che è stata scoperta a Drexel più di un decennio fa e ha dimostrato molte proprietà eccezionali. Il team ha recentemente riportato i suoi risultati nel Journal of Hazardous Materials .
Per la rimozione degli ioni mercurio, i vantaggi del carburo di titanio MXene, secondo Soroush, sono la sua superficie caricata negativamente e la sintonizzabilità e versatilità della sua chimica superficiale, che rendono l'MXene attraente per la rimozione degli ioni di metalli pesanti. A causa di queste proprietà e della struttura a strati dell'MXene, i materiali a base di carburo di titanio MXene hanno mostrato prestazioni superiori nella separazione dei gas, nella rimozione del sale dall'acqua, nell'uccisione dei batteri e nella dialisi renale.
"Sapevamo che i materiali 2D, come l'ossido di grafene e il bisolfuro di molibdeno, erano stati in precedenza efficaci nella rimozione dei metalli pesanti dalle acque reflue attraverso l'adsorbimento a causa delle loro funzionalità/strutture chimiche che attirano gli ioni metallici", ha affermato Soroush. "Gli MXene sono un tipo di materiali simile, ma abbiamo stimato che il carburo di titanio MXene potrebbe avere capacità di assorbimento molto maggiori rispetto a questi altri materiali, rendendolo quindi un assorbente migliore per gli ioni di mercurio".
Ma il team di Soroush aveva bisogno di apportare una modifica fondamentale alla struttura chimica del carburo di titanio MXene per migliorare ulteriormente il materiale per uno dei suoi compiti più impegnativi.
"Il mercurio è chiamato argento vivo per un motivo:è piuttosto evasivo una volta emesso nell'ambiente, sia bruciando combustibili fossili, estrazione mineraria o incenerimento dei rifiuti", ha detto Soroush. "Cambia rapidamente la sua forma chimica, aumentando la sua tossicità e rendendo estremamente difficile la rimozione dai corpi idrici dove si accumula inevitabilmente. Quindi, per attirare gli ioni di mercurio ancora più velocemente, dovevamo modificare la superficie delle scaglie di carburo di titanio MXene."
Esiste un'attrazione naturale tra gli ioni di mercurio e la superficie del carburo di titanio MXene, poiché gli ioni metallici, come il mercurio, sono caricati positivamente e la superficie delle scaglie di MXene è caricata negativamente. Tuttavia, per estrarre più fortemente gli ioni di mercurio dall'acqua, il team doveva dare una spinta a questa attrazione. A tal fine, hanno trattato i fiocchi di MXene con acido cloroacetico, un processo chiamato carbossilazione, che fornisce all'MXene gruppi di acidi carbossilici forti e altamente mobili e aumenta la carica negativa superficiale dei fiocchi di MXene, migliorando la capacità dei fiocchi di attrarre e trattenere ioni di mercurio.
Il risultato è stato un nuovo materiale assorbente, il carburo di titanio carbossilato MXene, che ha dimostrato un assorbimento di ioni mercurio più rapido e una maggiore capacità rispetto a tutti gli adsorbenti disponibili in commercio, secondo i ricercatori.
"Il carburo di titanio carbossilato MXene si è dimostrato di gran lunga superiore al materiale assorbente attualmente utilizzato per la rimozione degli ioni di mercurio", ha affermato Soroush. "In un minuto è stato in grado di rimuovere il 95% degli ioni di mercurio da un campione d'acqua contaminato a una concentrazione di 50 parti per milione, il che significa che potrebbe essere abbastanza efficace ed efficiente per l'uso nel trattamento delle acque reflue su larga scala".
In cinque minuti, il carburo di titanio MXene e il carburo di titanio carbossilato MXene hanno rimosso il 98% degli ioni di mercurio da un campione di acqua da 10 millilitri contaminato da ioni di mercurio a concentrazioni comprese tra 1 e 1000 parti per milione.
"Ciò indica che sia [MXene] che [carbossilato MXene] sono efficaci adsorbenti per rimuovere gli ioni di mercurio dalle acque reflue grazie alle loro speciali proprietà strutturali e all'elevata densità di gruppi funzionali superficiali", ha scritto il team. "Generalmente, il meccanismo di adsorbimento degli ioni metallici segue due fasi; all'inizio, gli ioni vengono rapidamente adsorbiti sui siti attivi disponibili e il processo è rapido. L'adsorbimento procede più lentamente man mano che i siti di adsorbimento si riempiono e gli ioni devono diffondere nei pori e nello strato intermedio."
Lo sviluppo è significativo nella battaglia per contenere l'inquinamento da mercurio, che è diventato così pervasivo che le autorità sanitarie raccomandano di evitare del tutto di mangiare alcune specie di pesci. Gli sforzi per contenere il mercurio rilasciato dalla combustione di combustibili fossili si sono rivelati impegnativi quanto ridurre la dipendenza dai combustibili stessi.
Mentre allontanarsi dalle fonti energetiche inquinanti è la soluzione definitiva per prevenire il rilascio di metalli pesanti, come il mercurio nell'ambiente, Soroush suggerisce che questa svolta potrebbe portare nuove possibilità per ripulire l'inquinamento che è già stato creato.
"Prevediamo l'uso della tecnologia carbossilata MXene per rimuovere tutti gli ioni di metalli pesanti", ha affermato. "Oltre a utilizzare l'MXene carbossilato come assorbente, un altro modo per ottenere ciò è fabbricare filtri rivestiti o incorporati con l'MXene carbossilato". + Esplora ulteriormente
