Composti organici nelle acque reflue, quali coloranti e pigmenti negli effluenti industriali, sono tossici o hanno effetti letali sulla vita acquatica e sugli esseri umani. Prove crescenti hanno dimostrato che i contaminanti organici scaricati dalla galvanica, produzione tessile, cosmetici, i prodotti farmaceutici sono le ragioni principali dei maggiori tassi di morbilità dei reni, fegato, e tumori della vescica, ecc. Contaminanti organici, in particolare il blu di metile e l'arancio di metile, sono stabili alla luce, agenti termici o ossidanti e molto difficili da rimuovere con le tecniche convenzionali di trattamento delle acque reflue chimiche o biologiche. Recentemente gli scienziati hanno sviluppato alcune nuove strategie con buone prestazioni di rimozione del colorante; però, una successiva procedura di purificazione dell'adsorbente è inevitabile dopo il trattamento dell'acqua, che sono spesso complicate e non adatte al trattamento pratico dell'acqua.

Ora, utilizzando la tecnica di fabbricazione indotta dal laser, un team di ricercatori cinesi della Shandong University, La Cina ha sviluppato un nuovo assorbente colorante chiamato nanoparticelle ibride di argento e solfuro d'argento (nanoparticelle ibride Ag2S@Ag) e ha dimostrato le prestazioni di adsorbimento superiori del nanomateriale per la rimozione del blu di metile e dell'arancio di metile dalle acque reflue. Ma ancora più importante, i nuovi adsorbenti possono essere rimossi direttamente dalle soluzioni mediante filtri senza procedure di purificazione degli assorbenti, poiché le nanoparticelle ibride a base di argento verranno agglomerate e depositate sul fondo dopo aver adsorbito i coloranti, fornendo un verde, semplice, soluzione rapida ed economica per la depurazione dell'acqua. Questa settimana sul diario Materiali ottici Express , dalla Società Ottica (OSA), i ricercatori descrivono il lavoro.

"Senza utilizzare costosi reagenti chimici o strutture, il metodo di fabbricazione indotto dal laser è a basso costo, rapido, percorso semplice e versatile per la fabbricazione di nanocristalli ibridi Ag2S@Ag, " disse Ming Chen, l'autore principale e professore associato della School of Physics e State Key Laboratory of Crystal Materials presso la Shandong University, Cina. "Dopo aver adsorbito coloranti come il blu di metile e l'arancio di metile, gli adsorbenti agglomerati e depositati possono essere facilmente rimossi dalle soluzioni mediante filtri, che sono molto vantaggiosi per gli impianti pratici di trattamento delle acque reflue."

Il team di Chen ha utilizzato una tecnica chiamata ablazione laser per fabbricare nanocristalli ibridi a base di argento in un liquido, che è un processo di rimozione di materiali da una superficie solida o liquida irradiandola con un raggio laser. In un tipico esperimento, i ricercatori hanno posizionato un metallo d'argento ben lucidato sul fondo di un piatto di vetro rotante riempito con una soluzione di tioacetammide come fonte di zolfo per la fabbricazione di solfuro d'argento. La superficie d'argento è stata quindi focalizzata da un raggio laser, e in poco tempo, si è verificata una rapida ebollizione e vaporizzazione dell'elemento argento, con conseguente plasma d'argento esplosivo con temperatura ultraelevata (circa migliaia Celsius) sul punto irradiato. Il processo iniziale nella formazione dei cristalli, o la nucleazione di argento e solfuro, ha avuto luogo nella fase iniziale di rapida condensazione del plasma d'argento, e terminava bruscamente in pochi microsecondi a causa della scadenza dell'impulso laser e dell'espansione esauriente del vapore d'argento.

"Durante la fabbricazione delle nanoparticelle Ag2S@Ag, la condizione di non equilibrio creata dalla successiva ablazione laser porta a vari difetti, con conseguente presenza di abbondanti specie d'argento disposte in modo disordinato sulla superficie delle nanoparticelle di solfuro d'argento e che formano un guscio d'argento, " Chen ha spiegato. "Dopo la fabbricazione laser, il rapido processo di spegnimento ha migliorato il grado di disordine delle specie d'argento, facendo sempre più atomi d'argento in uno stato altamente eccitato."

Il primo studio del team ha mostrato che la distribuzione degli elettroni delle specie d'argento altamente eccitate può essere influenzata dalle nanoparticelle Ag2S@Ag, con conseguente specie d'argento "polarizzato", o specie d'argento con cariche positive come siti di adsorbimento del colorante. Poiché le molecole di colorante come il blu di metile e l'arancio di metile hanno gruppi funzionali caricati negativamente, a causa della forte forza elettrostatica tra cariche positive e cariche negative, i siti di adsorbimento potenziati sulla superficie del materiale ibrido attaccheranno più molecole di colorante, portando alla maggiore capacità del materiale di rimuovere i coloranti.

"I nostri risultati sperimentali hanno mostrato che oltre il 99% delle molecole di blu di metile nelle acque reflue sono state adsorbite dal nanomateriale Ag2S@Ag in cinque minuti, " Ha detto Chen. "Gli spettri di assorbimento dell'ultravioletto visibile della soluzione hanno anche mostrato chiaramente che dopo aver adsorbito le molecole di colorante, il nanomateriale Ag2S@Ag si è agglomerato insieme in numerosi cluster di grandi dimensioni, poi depositato sul fondo della soluzione. Nel frattempo, l'aggregazione e la deposizione portano un cambiamento significativo nel colore della soluzione da blu a incolore."

Chen ha stimato che dopo la reazione di adsorbimento del blu di metile, oltre il 99% del nanomateriale Ag2S@Ag può essere rimosso dalla soluzione mediante filtri.

"Rispetto ai tradizionali processi di purificazione dell'adsorbente, come il processo centrifugo o l'utilizzo di campi magnetici esterni, che sono complicati e non adatti al trattamento pratico dell'acqua, il processo di filtraggio è semplice, rapido ed economico, " Ha detto Chen. "Il nostro nuovo metodo salta il processo di purificazione dell'adsorbente, che promuove l'applicazione di nanoparticelle Ag2S@Ag come materiali adsorbenti avanzati per il trattamento pratico delle acque reflue in futuro."

Poiché le molecole di colorante non vengono facilmente desorbite dagli adsorbenti agglomerati mediante trattamento termico standard, il prossimo passo dei ricercatori è studiare il metodo di desorbimento delle molecole di colorante dagli adsorbenti Ag2S@Ag per realizzare il riciclaggio dei materiali in futuro.