Grafene, un sottile foglio di atomi di carbonio che si forma a nido d'ape, è considerato un materiale meraviglioso che è più forte dell'acciaio. Credito:Shutterstock
I ricercatori dell'UNSW hanno dimostrato come una nuova classe di membrane a basso costo a base di grafene, un tipo di filtro utilizzato nei settori industriali che generano enormi rifiuti misti di gas, come rifiuti solidi di plastica, rifiuti organici o acque reflue:possono essere sintonizzati in modo selettivo per separare diversi gas dalle miscele gassose.
Il gruppo, guidato dal Dr. Rakesh Joshi in UNSW Science, spera che lungo la pista, potranno utilizzare questi filtri per separare e catturare i gas che sono stati considerati rifiuti, e quindi migliorare il modo in cui utilizziamo le risorse di gas di scarico.
La carta, pubblicato questo mese in Materiale avanzato , delinea i risultati ottenuti in laboratorio, su un prototipo. Ora i ricercatori vogliono sviluppare ulteriormente il filtro per renderlo disponibile all'industria.
Nello specifico, il team ha studiato filtri all'ossido di grafene che, a differenza di qualsiasi altro filtro attuale, contenevano ferro.
"Grafene, un sottile foglio di atomi di carbonio che si forma a nido d'ape, è considerato un materiale meraviglioso che è più forte dell'acciaio. In questo lavoro, abbiamo essenzialmente incorporato il ferro nei filtri all'ossido di grafene, sfruttando il fatto che queste membrane sono ultrasottili, " dice il ricercatore capo Dr. Rakesh Joshi.
"Abbiamo scoperto che fare questo ha migliorato la capacità dell'ossido di grafene di trasportare gas. Si scopre che l'aggiunta del ferro, che è quello che chiamiamo un metallo di transizione, alle membrane di ossido di grafene ci ha permesso di separare diversi gas in modo più efficace rispetto ad altri tipi di filtri.
"In particolare, il materiale era eccezionale nell'aumentare la permeabilità, cioè la velocità di trasporto di una molecola di gas attraverso il filtro e la selettività, che rappresenta l'efficienza con cui il gas viene separato dalla miscela durante il trasporto. Infatti, il nostro filtro ha una selettività senza precedenti."
Separare l'anidride carbonica dall'azoto
I ricercatori affermano che il filtro descritto in questo articolo ha anche permesso loro di recuperare risorse preziose separando selettivamente l'anidride carbonica dall'azoto.
"L'azoto altamente purificato è ampiamente utilizzato nella lavorazione dei materiali, ad esempio nella produzione di semiconduttori, così come nell'elettronica, sintetico, e industrie mediche, "dice Xioheng Jin, il primo autore dell'articolo.
"L'anidride carbonica è una delle impurità più convenzionali nei prodotti a base di gas. La maggior parte dei metodi attuali per rimuovere la CO 2 spesso producono sostanze chimiche pericolose, e la separazione della CO 2 dall'azoto ha un valore industriale significativo, specialmente per la mitigazione dell'effetto serra dei gas di combustione, ad es. il gas di scarico della combustione prodotto nelle centrali elettriche, che è stata una sfida utilizzando le tecnologie esistenti."
Visti i promettenti risultati, i ricercatori sperano che le loro scoperte portino a nuove strade per separare in modo efficiente l'anidride carbonica dall'azoto e da altri gas e li aiutino a sviluppare nuove soluzioni per l'industria che utilizzano questa nuova classe di filtri per tutti i tipi di applicazioni.
"Questa scoperta offre una nuova opportunità per l'applicazione di materiali a base di grafene nel settore della purificazione dei gas, Per esempio, nei casi in cui rifiuti solidi o liquidi di scarto generano miscele di gas tossiche, "dice Tobias Foller, coautore dell'articolo.
"Riteniamo che il filtro abbia il potenziale per rivoluzionare il settore della separazione dei gas. In definitiva, speriamo che i nostri risultati aiutino l'Australia a realizzare una società più verde e un ambiente più vivibile".
E gli altri metalli?
Il team ora vuole testare lo stesso principio utilizzando altri tipi di metalli.
"Ci sono enormi possibilità per tutti gli altri metalli di transizione che non sono stati studiati che potrebbero essere impiantati in strutture a base di grafene e fornire eccitanti proprietà di separazione dei gas, " dice Xioheng Jin.
Nel 2018, Il team del Dr. Joshi ha anche dimostrato con successo un prodotto a base di grafene, filtro su scala di laboratorio in grado di rimuovere oltre il 99% dell'onnipresente materia organica naturale lasciata durante il trattamento convenzionale dell'acqua potabile.
