Un nuovo metodo per produrre il materiale utilizzato per la pulizia delle acque reflue rende il processo di produzione più ecologico e 20 volte più veloce. In uno studio pubblicato su Materiali applicati oggi , i ricercatori mostrano come l'uso delle microonde può ridurre la temperatura e la pressione necessarie per realizzare i fotocatalizzatori.

Alimentato dalla luce del sole, materiali come il biossido di titanio (TiO2) e il vanadato di bismuto (BiVO4) vengono utilizzati per pulire le acque reflue, abbattere i coloranti e persino uccidere i batteri in bende trasparenti. Nonostante sia considerato "verde", i processi tradizionalmente utilizzati per realizzare questi materiali sono ad alta intensità energetica.

Ora, ricercatori della Chiang Mai University e del National Nanotechnology Center in Thailandia, e l'Università di Wollongong in Australia, hanno escogitato un metodo in un solo passaggio utilizzando le microonde per produrre nanoparticelle BiVO4 che non richiedono alte temperature e pressioni. Questo, dicono i ricercatori, rende il materiale veramente ecologico, e ridurrà i costi e i tempi di produzione.

"Questi materiali hanno una vasta gamma di applicazioni, ma è stato fatto poco per migliorare il modo in cui li realizziamo, " ha detto il dottor Jun Chen, uno degli autori del nuovo studio dell'Università di Wollongong, Australia. "La gente dice che i fotocatalizzatori sono verdi, ma a volte il modo in cui generiamo questi materiali non è realmente efficiente dal punto di vista energetico".

Tradizionalmente, BiVO4 è realizzato con un metodo idrotermale che richiede alta pressione e alta temperatura. Questo è ad alta intensità energetica, e possono volerci circa sei ore. Il processo prevede diverse fasi cristalline, che determinano la struttura del materiale - la dimensione e la forma delle nanoparticelle. Con il metodo tradizionale, queste fasi non possono essere controllate, quindi è necessario aggiungere un ulteriore processo alla fine della produzione per riordinare le particelle. Ciò comporta temperature elevate di circa 500 gradi Celsius, costando ancora più energia.

Le microonde sono talvolta utilizzate per supportare il tradizionale approccio idrotermale, per migliorare la purezza e la struttura del materiale finale. Il nuovo metodo utilizza microonde dirette pure per produrre BiVO4, quindi non richiede alte temperature e pressioni, o un processo aggiuntivo per migliorare il materiale.

Il nuovo metodo è semplificato, processo in un'unica fase eseguito a 60-90 gradi Celsius, rendendolo industrialmente sostenibile e più sicuro. È anche molto più veloce - rispetto alle 6 ore standard, il nuovo metodo richiede solo 16 minuti.

Cosa c'è di più, le nanoparticelle BiVO4 realizzate con il nuovo processo sono pure e uniformi per forma e dimensione. Il team ha regolato il pH, temperatura e tempi di reazione per controllare la fase cristallina di produzione. Ciò significava che potevano controllare la forma e le dimensioni delle nanoparticelle, senza la necessità di un processo aggiuntivo.

Il team ha testato la capacità del materiale di scomporre un colorante chiamato rodamina B (RhB). Hanno scoperto che i loro materiali sono altamente fotocatalitici, e funziona così come BiVO4 realizzato con metodi tradizionali.

"Siamo rimasti così sorpresi che non molte persone si stiano concentrando su quest'area:sono stati condotti solo pochi studi utilizzando le microonde, " ha detto il dottor Chen. "Ci auguriamo che questo lavoro sarà di notevole interesse per gli scienziati dei materiali che vogliono impiegare la tecnologia verde per semplificare il processo di sintesi per i materiali cristallini inorganici".

I ricercatori ora sperano di estendere il metodo alla sintesi di altri ossidi metallici e relativi compositi.