Gli scienziati dei nanomateriali dell'Università di Utrecht hanno migliorato un nanogel in modo tale che ora possa trasportare singole molecole da un liquido all'altro. "Allargando la superficie tra due liquidi, possiamo aumentare lo scambio di sostanze chimiche. Questa tecnica può rendere i processi industriali più efficienti dal punto di vista energetico e aprire possibilità per realizzare celle solari migliori". L'articolo dei ricercatori è stato recentemente pubblicato dalla rivista scientifica Advanced Materials .

Ampia superficie

Il chimico fisico Martin Haase e il suo gruppo di ricerca lavorano sulle tecniche per realizzare i cosiddetti bijels:emulsioni di due liquidi che non si mescolano, come olio e acqua, separate da uno strato ultrasottile di nanoparticelle che stabilizza la superficie tra i fluidi. "In tali materiali simili a gel, due liquidi repellenti sono intrecciati", spiega Haase. "All'interfaccia dei due, le molecole possono spostarsi da un liquido all'altro attraverso il nanostrato".

I gel funzionano meglio se l'interfaccia tra i due liquidi ha una superficie ampia. Haase:"I nostri corpi mostrano buoni esempi di tali processi. Pensa ai nostri polmoni:inalano l'aria e l'ossigeno nell'aria entra nel sangue. Viene trasportato dai canali dell'aria ai capillari sanguigni. In un bijel, le molecole possono essere scambiati in modo simile da un fluido all'altro."

Modo più delicato per rimuovere le sostanze chimiche

Con l'aiuto del dottorato di ricerca i ricercatori Mohd Khan e Alessio Sprokel, Haase ora hanno migliorato la tecnica per realizzare tali bijel. Haase:"Ho scoperto come fare bijels nel 2015. Ma avevamo un controllo limitato su di esso e le nostre strutture non erano così ben definite. Ora possiamo controllare completamente la sintesi. Ora possiamo creare strutture di canali più piccole e uniformi, far fluire i fluidi attraverso i canali e separare continuamente le sostanze chimiche durante questo flusso."

Per realizzare un bijel, gli scienziati del Van 't Hoff Laboratory for Physical and Colloid Chemistry dell'Università di Utrecht utilizzano alcol e nanoparticelle, piccole sfere di vetro con un diametro di soli 20 nanometri. Haase:"Olio e acqua non si mescolano. Tuttavia, se si aggiunge l'alcol, in realtà si mescolano bene. E se successivamente si rimuove l'alcol da questa miscela, i due liquidi formeranno una disposizione intrecciata di canali liquidi. Durante questo processo, le nanoparticelle vengono raccolte dall'interfaccia tra olio e acqua. Una volta lì, stabilizzano i canali intrecciati dell'olio e dell'acqua per formare il bijel".

Un passo fondamentale da compiere prima che un bijel possa essere utilizzato per separazioni industriali è raccogliere i prodotti chimici separati. Haase:"Proprio come il sangue scorre attraverso i capillari del polmone per raccogliere ossigeno, l'acqua e l'olio devono fluire attraverso il bijel per trasportare le sostanze chimiche estratte dentro e fuori dal nanogel. Ma poiché i canali nel bijel sono così piccoli, una normale pompa dovrebbe need to push very hard. This would cost lots of energy and can, moreover, break the fragile bijels. We have discovered that liquids can be pumped through the bijel via a process called electro-osmosis, a much gentler way of liquid transport."

Nanomaterials for a sustainable industry

According to Haase, the invention has potential to save energy in industrial processes involving the separation of chemicals. "For me, a motivation to work in this scientific field, is to make the chemical industry more sustainable. Many products we use in our daily lives, for example plastics, gasoline, or pharmaceuticals need to be purified during their production. This requires a lot of energy because mixtures have to be boiled, a process commonly known as distillation. Such separations of chemicals consume up to 15% of our worldwide energy use. So we need to find alternatives that are less energy consuming and also emit less carbon dioxide. In a bijel, the separation of chemicals is possible without boiling and therefore, a lot of energy is saved."

But the high surface area within the bijel opens other application potentials as well. Haase:"Bijels can for instance provide opportunities to develop more efficient solar cells and also separation membranes that can turn seawater into drinking water. Now that we can have liquids flow through the microscopic channels of the bijel, so many exciting opportunities for using these novel nanogels as materials for sustainable technologies become possible." + Esplora ulteriormente

Team devises easier way to make 'bijels,' a complex new form of liquid matter