Fibra di quarzo normale, superiore, acquisisce la capacità di rimuovere i metalli tossici dall'acqua quando vengono aggiunti nanotubi di carbonio, parte inferiore. I filtri hanno assorbito più del 99 percento dei metalli da campioni carichi di cadmio, cobalto, rame, mercurio, nichel e piombo. Una volta saturato, i filtri possono essere lavati e riutilizzati. Credito:Barron Research Group/Rice University
I nanotubi di carbonio immobilizzati in un ciuffo di fibra di quarzo hanno il potere di rimuovere dall'acqua i metalli pesanti tossici, secondo i ricercatori della Rice University.
I filtri premiati prodotti nel laboratorio del chimico della Rice Andrew Barron dall'allora studente di scuola superiore e autore principale Perry Alagappan assorbono oltre il 99 percento dei metalli da campioni carichi di cadmio, cobalto, rame, mercurio, nichel e piombo. Una volta saturato, i filtri possono essere lavati con prodotti chimici domestici delicati come l'aceto e riutilizzati.
I ricercatori hanno calcolato che un grammo del materiale potrebbe trattare 83, 000 litri di acqua contaminata per soddisfare gli standard dell'Organizzazione mondiale della sanità, sufficienti per soddisfare il fabbisogno giornaliero di 11, 000 persone.
L'analisi del laboratorio dei nuovi filtri appare questo mese nell'open access di Nature Rapporti scientifici .
I robusti filtri sono costituiti da nanotubi di carbonio cresciuti in opera su fibre di quarzo che vengono poi epossidate chimicamente. I test di laboratorio hanno mostrato che le versioni ingrandite dei filtri "supported-epoxidized carbon nanotube" (SENT) si sono dimostrate in grado di trattare 5 litri di acqua in meno di un minuto e di essere rinnovate in 90 secondi. Il materiale ha mantenuto quasi il 100% della sua capacità di filtrare l'acqua fino a 70 litri per 100 grammi di SENT, dopo di che i metalli contenuti potrebbero essere estratti per il riutilizzo o trasformati in un solido per uno smaltimento sicuro.
Un'immagine al microscopio elettronico mostra fibre di quarzo con nanotubi di carbonio cresciuti sul posto. Credito:Barron Research Group/Rice University
Mentre il substrato di quarzo conferisce la forma del filtro e la guaina di nanotubi di carbonio lo rende resistente, l'epossidazione tramite un acido ossidante sembra essere la più responsabile dell'adsorbimento del metallo, hanno determinato.
Alagappo, ora studente universitario alla Stanford University, è stato ispirato ad avviare il progetto durante un viaggio in India, dove ha appreso della contaminazione delle acque sotterranee dalle tonnellate di rifiuti elettronici:telefoni, computer e simili, che finiscono impropriamente nelle discariche.
"Perry mi ha contattato volendo acquisire esperienza nella ricerca di laboratorio, " ha detto Barron. "Dato che avevamo un progetto in corso avviato da Jessica Heimann, uno studente universitario che frequentava un semestre alla Jacobs University di Brema, è stata una partita perfetta".
Barron ha affermato che le materie prime per il filtro sono economiche e ha sottolineato che la conversione dell'acido acetico in aceto è onnipresente in tutto il mondo, che dovrebbe semplificare il processo di riciclaggio dei filtri per il riutilizzo anche in località remote. "Ogni cultura del pianeta sa fare l'aceto, " Egli ha detto.
Un'immagine al microscopio elettronico mostra fibre di quarzo con nanotubi di carbonio dopo epossidazione. Gli esperimenti hanno mostrato che l'epossidazione sembra conferire ai filtri la loro qualità assorbente. Credito:Barron Research Group/Rice University
"Questo avrebbe il maggiore impatto sociale sulle unità su scala di villaggio che potrebbero trattare l'acqua in remoto, regioni in via di sviluppo, " ha detto Barron. "Tuttavia, c'è anche la possibilità di aumentare l'estrazione del metallo, in particolare dalle acque reflue delle miniere."
La ricerca di Alagapan ha vinto una serie di premi mentre era ancora uno studente delle superiori a Clear Lake, un sobborgo di Houston, così come uno studente in visita nel laboratorio di Barron's Rice. Il primo è stato il primo premio per le scienze ambientali alla Science and Engineering Fair di Houston nel 2014. Questo lo ha qualificato per partecipare alla Intel International Science and Engineering Fair di Los Angeles l'anno successivo, dove ha anche vinto il massimo premio ambientale.
Lo ha inserito nel primo premio allo Stockholm Junior Water Prize 2015, dove la principessa ereditaria di Svezia gli ha conferito l'onore.
"E' stato un enorme onore ricevere un riconoscimento a livello internazionale per questa ricerca, e sono grato per l'opportunità di lavorare su questo progetto insieme a un gruppo di persone così talentuose, " Ha detto Alagapan. "Ho anche particolarmente apprezzato la possibilità di incontrare altri giovani ricercatori all'Intel International Science Fair e allo Stockholm Junior Water Prize, che mi hanno ispirato con il loro fermo impegno a elevare la società attraverso la scienza e la tecnologia."
