La nanotecnologia si è sviluppata enormemente nell'ultimo decennio ed è stata in grado di creare molti nuovi materiali con una vasta gamma di potenziali applicazioni. I nanotubi di carbonio sono un esempio di questi nuovi materiali e sono costituiti da molecole cilindriche di carbonio con diametri di pochi nanometri:un nanometro è un milionesimo di millimetro. I nanotubi di carbonio possiedono un'elettronica eccezionale, proprietà meccaniche e chimiche, ad esempio possono essere utilizzati per pulire l'acqua inquinata. Scienziati dell'Università di Vienna avevano recentemente pubblicato questa nuova ricerca in Scienze e tecnologie ambientali .
Tra le tante potenziali applicazioni, i nanotubi di carbonio sono ottimi materiali candidati per la pulizia dell'acqua inquinata. Molti inquinanti dell'acqua hanno un'affinità molto elevata per i nanotubi di carbonio e gli inquinanti potrebbero essere rimossi dall'acqua contaminata da filtri realizzati con questo nanomateriale, per esempio farmaci idrosolubili che difficilmente possono essere separati dall'acqua mediante carbone attivo. I problemi dovuti alla saturazione dei filtri potrebbero essere ridotti in quanto i nanotubi di carbonio hanno una superficie molto ampia (es. 500 m 2 per grammo di nanotubo) e di conseguenza un'altissima capacità di trattenere gli inquinanti. "Si potrebbero così ridurre le manutenzioni e gli sprechi legati al disinquinamento idrico", dice Thilo Hofmann, Vice Preside della Facoltà di Scienze della Terra, Geografia e Astronomia dell'Università di Vienna.
Valutare la sostenibilità ambientale dei nanotubi di carbonio
Molte ricerche si sono concentrate sui nanotubi di carbonio negli ultimi dieci anni. Però, le eccezionali proprietà dei nanotubi di carbonio ne rendono difficile lo studio. I metodi standard danno risultati limitati e il comportamento dei nanotubi di carbonio in condizioni realistiche è ancora poco conosciuto. "Le tecnologie innovative comportano sempre vantaggi e svantaggi per la qualità umana e ambientale e una buona comprensione delle interazioni tra contaminanti e nanotubi di carbonio e del comportamento dei nanotubi di carbonio nell'ambiente è essenziale prima di poter essere utilizzati nei filtri", spiega Melanie Kah, che fa ricerca su questo progetto insieme a Xiaoran Zhang.
Un team di ricercatori del Dipartimento di geoscienze ambientali dell'Università di Vienna sta attualmente svolgendo ricerche sull'argomento. Hanno sviluppato un metodo chiamato "campionamento passivo". I dati prodotti da questo nuovo metodo sono molto più affidabili per applicazioni realistiche in quanto includono le concentrazioni che possono verificarsi nell'ambiente (generalmente molto basse). Ciò non era possibile con i metodi classici che possono trattare solo concentrazioni elevate.
Gli esperimenti pubblicati ora sulla rivista riconosciuta a livello internazionale Scienze e tecnologie ambientali ci è voluto più di un anno. Primo, è stato sviluppato il “metodo di campionamento passivo” che consente di misurare l'affinità di una categoria di contaminanti cancerogeni – ovvero gli Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA) – ai nanotubi di carbonio. "Una serie di test che utilizzano la chimica analitica e la microscopia elettronica sono stati eseguiti con i collaboratori dell'Università di Utrecht nei Paesi Bassi, per garantire che il metodo sia adatto, affidabile e ottimizzato per i nanotubi di carbonio", illustra Thilo Hofmann. Una volta convalidato, il "metodo di campionamento passivo" è stato utilizzato per misurare l'affinità (assorbimento e adsorbimento) di diversi contaminanti (IPA) ai nanotubi di carbonio in un intervallo di concentrazioni molto ampio.
I contaminanti combattono per un posto sui nanotubi di carbonio
Un altro aspetto indagato dagli scienziati del Dipartimento di Geoscienze Ambientali è il fenomeno della competizione tra contaminanti. Molte sostanze chimiche spesso coesistono nell'ambiente, soprattutto nei corpi idrici inquinati. In caso di concorrenza, significa che un contaminante potrebbe non attaccarsi ai nanotubi di carbonio se coesistono concorrenti migliori. La concorrenza non è accettabile per l'applicazione del filtro in quanto l'efficacia del filtro varierà in base alla quantità e al tipo di contaminanti presenti. Lo studio della concorrenza fornisce anche informazioni sui meccanismi di assorbimento.
L'utilizzo di tecniche classiche con concentrazioni relativamente elevate ha mostrato che la concorrenza può essere molto forte quando tre IPA coesistono con i nanotubi di carbonio. Al contrario, gli esperimenti con il "metodo di campionamento passivo" a concentrazioni probabili nell'ambiente hanno mostrato che non si verifica concorrenza se si considerano insieme 13 IPA. Questo esempio evidenzia l'importanza di sviluppare e utilizzare metodi sperimentali per produrre risultati rilevanti per le condizioni ambientali. Ci sono ancora molte domande a cui rispondere per valutare appieno il potenziale dei nanotubi di carbonio per pulire l'acqua inquinata. "Continuiamo a lavorare sull'argomento e i risultati dei nostri ultimi esperimenti saranno presto presentati a conferenze internazionali", conclude il geoscienziato ambientale, Thilo Hofmann.
