I buckyball trattati non solo rimuovono particelle metalliche preziose ma potenzialmente tossiche dall'acqua e da altri liquidi, ma anche riservarli per un uso futuro, secondo gli scienziati della Rice University.

Il laboratorio Rice del chimico Andrew Barron ha scoperto che i fullereni di carbonio-60 (alias buckyballs) che hanno subito il processo chimico noto come idrossilazione possono aggregarsi in stringhe simili a perle mentre si legano e separano i metalli - alcuni meglio di altri - dalle soluzioni . I potenziali usi del processo includono la rimozione ecologica dei metalli dai fluidi di drenaggio delle miniere acide, un prodotto di scarto dell'industria del carbone, nonché dai fluidi utilizzati per la fratturazione idraulica nella produzione di petrolio e gas.

Barron ha detto che i buckyball trattati maneggiavano metalli con cariche diverse in modi inaspettati, che può rendere possibile estrarre metalli specifici da fluidi complessi ignorandone altri.

Lo studio condotto dalla studentessa Rice, Jessica Heimann, è apparso sulla rivista della Royal Society of Chemistry Transazioni Dalton .

Precedenti ricerche nel laboratorio di Barron avevano dimostrato che i fullereni idrossilati (noti come fullerenoli) si combinavano con ioni di ferro per formare un polimero insolubile. Heimann e colleghi hanno condotto una serie di esperimenti per esplorare la relativa capacità di legame dei fullerenoli a una gamma di metalli.

"Va benissimo dire che posso togliere i metalli dall'acqua, ma per fluidi più complessi, il problema è togliere quelli che vuoi davvero, " disse Barron. "Rifiuti di miniere acide, Per esempio, ha grandi quantità di ferro e alluminio e piccole quantità di nichel e zinco e rame, quelli che vuoi. Francamente, ferro e alluminio non sono i peggiori metalli da avere nell'acqua, perché sono in acqua naturale, comunque.

"Quindi il nostro obiettivo era vedere se c'è una preferenza tra i diversi tipi di metallo, e ne abbiamo trovata una. Allora la domanda era:perché?"

La risposta era negli ioni. Un atomo o una molecola con più o meno elettroni che protoni è uno ione, con carica positiva o negativa. Tutti i metalli che il laboratorio di Rice ha testato sono risultati positivi, con addebiti 2+ o 3+.

"Normalmente, più grande è il metallo, meglio si separa, "Barrone ha detto ma gli esperimenti hanno dimostrato il contrario. I metalli a due più con un raggio ionico più piccolo si legano meglio di quelli più grandi. (Di quelli, zinco legato più strettamente.) Ma per gli ioni 3-plus, grande ha funzionato meglio di piccolo.

"È davvero strano, " Ha detto Barron. "Il fatto che ci siano tendenze diametralmente opposte per i metalli con una carica più 2 e metalli con una carica più 3 rende questo interessante. Il risultato è che dovremmo essere in grado di separare preferenzialmente i metalli che vogliamo".

Gli esperimenti hanno scoperto che i fullerenoli combinati con una dozzina di metalli, trasformandoli in polimeri solidi reticolati. In ordine di efficacia e partendo dal migliore, i metalli erano zinco, cobalto, manganese, nichel, lantanio, neodimio, cadmio, rame, d'argento, calcio, ferro e alluminio.

Il riferimento "perla" non è lontano dal letterale, come fonte di ispirazione per la carta è stato il fatto che gli ioni metallici sono agenti di reticolazione per le proteine ​​che conferiscono a certe cozze marine una straordinaria capacità di aderire alle rocce bagnate.

Heimann, un anziano, ha iniziato il progetto prima di trascorrere un semestre presso l'istituto gemello di Rice in Germania, Jacobs University. "Inizialmente ho lavorato con i nanotubi di carbonio, ossidandoli per vedere come si legherebbero ai metalli, e poi sono andato all'estero, " ha detto. Quando è tornata, Barron era pronto a provare il C-60. "Venendo da Rice e dalla sua storia con i buckyball, Ho pensato che sarebbe stato davvero bello, " ha detto Heimann.

"Mi è piaciuto poter vedere l'obiettivo finale di realizzare un filtro che potesse essere utilizzato per affrontare l'acqua contaminata, " lei disse.

Barron ha detto che i fullerenoli agiscono come agenti chelati, che determinano come gli ioni e le molecole si legano agli ioni metallici. Esperimenti con vari metalli hanno mostrato che i fullerenoli si legano ad essi in meno di un minuto, dopo di che i solidi combinati potevano essere filtrati.

Barron ha detto che le scelte dell'alluminio, lo zinco e il nichel per i test erano dovuti alla loro compresenza con il ferro nell'acqua di drenaggio delle miniere acide. Allo stesso modo, il cadmio è stato testato per la sua associazione con fertilizzanti e fanghi di depurazione e rame con scarichi minerari. Nichel, il lantanio e il neodimio sono utilizzati nelle batterie e nei motori di azionamento dei veicoli ibridi.

Barron ha detto che la ricerca mostra la versatilità del buckyball, scoperto a Rice nel 1985 dal premio Nobel Rick Smalley, Robert Curl e Harold Kroto. Indica anche la via da seguire. "La comprensione che abbiamo ora ci consente di trovare alternative ai C-60 per progettare modi in cui possiamo separare i metalli in modo più efficiente, " Egli ha detto.