Adsorbenti efficienti per il trattamento delle acque reflue industriali sono importanti per ridurre al minimo i potenziali danni ambientali. In particolare, i coloranti organici, in quanto gruppo significativo di inquinanti industriali, sono generalmente altamente solubili in acqua, non degradabili e molti sono tossici per gli agenti cancerogeni. Changxia Li e Freddy Kleitz della Facoltà di Chimica dell'Università di Vienna insieme ai colleghi hanno ora presentato un nuovo approccio per progettare un materiale composito innovativo, costituito da una struttura organica covalente (COF) nanoporosa ultrasottile ancorata al grafene, altamente efficiente nel filtrare gli inquinanti organici dall'acqua. Lo studio è stato pubblicato su Angewandte Chemie .

"Ci sono diversi modi, compresi i filtri a carbone attivo, per purificare l'acqua oggi, ma c'è ancora spazio per migliorare l'efficienza o la capacità di adsorbimento delle applicazioni", afferma il primo autore e ricercatore post-dottorato Changxia Li.

Il gruppo di Freddy Kleitz presso l'Institute of Inorganic Chemistry—Functional Materials sta sviluppando nuovi materiali nanoporosi. I materiali porosi hanno una superficie totale molto più ampia di un materiale non poroso a parità di volume e possono quindi accumulare un numero particolarmente elevato di molecole sulle superfici durante l'adsorbimento.

COF altamente poroso come nuova classe di materiali

Le strutture organiche covalenti (COF) sono una classe di materiali relativamente nuova. Sono particolarmente porosi, ma allo stesso tempo sono a bassa densità e leggeri. Covalente significa che i loro legami chimici si formano tramite coppie di elettroni tra gli atomi.

I coloranti che i ricercatori hanno studiato nella loro soluzione modello acquosa avevano una dimensione compresa tra 0,8 e 1,6 nanometri. "Abbiamo sviluppato un nuovo metodo per formare COF in modo relativamente rispettoso dell'ambiente, utilizzando l'acqua. In quanto tale, siamo stati in grado di sviluppare piccole 'spugne', con dimensioni dei pori e forme dei pori progettate nell'intervallo nanometrico, nonché un negativo sintonizzato carica superficiale, che era molto selettiva nel tirare fuori dall'acqua le molecole bersaglio caricate positivamente, cioè i nostri coloranti", hanno detto i ricercatori, "Proprio come la spugna assorbe l'acqua, solo nel nostro caso sono gli inquinanti". /P>

Una spina dorsale fatta di grafene

Quando si utilizza la polvere COF sfusa, i pori interni del materiale spesso non sono più accessibili alle sostanze inquinanti a causa del blocco dei pori sul bordo esterno, in particolare per le grandi molecole inquinanti. Il nuovo materiale composito sviluppato dai ricercatori offre una struttura completamente permeabile:a questo scopo, i ricercatori hanno coltivato COF su nanofogli di grafene a strato sottile. La combinazione di grafene, di per sé già uno strato 2D di atomi di carbonio, e lo strato di COF, che ha uno spessore fino a due nanometri, ha prodotto una struttura 3D compatta e aperta. Lo strato ultrasottile di COF potrebbe esporre più siti di adsorbimento rispetto alla polvere di COF sfusa.

D'altra parte, i pori più grandi a nido d'ape della rete di grafene supportano il trasporto dell'acqua attraverso il materiale filtrante. "I grandi pori della rete di grafene in combinazione con lo strato ultrasottile di COF con una grande quantità di siti di adsorbimento consentono quindi un trattamento delle acque reflue particolarmente veloce ed efficiente", hanno affermato i ricercatori. A causa dell'apporto di materiale relativamente basso del grafene e della possibilità di riutilizzare il materiale composito, dopo che gli inquinanti sono stati eliminati, come filtro, lo sviluppo è anche relativamente efficiente in termini di costi, hanno affermato. + Esplora ulteriormente

Cluster d'acqua in strutture organiche covalenti porose cristalline idrofobiche