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(Noticias de Nanowerk) Los procesos de purificación eficientes que separan los contaminantes del aire y el agua son necesarios para sustentar la vida en la Tierra. Con este fin, los materiales de carbono se han utilizado durante mucho tiempo para desodorizar, separar y eliminar las impurezas aniónicas dañinas por adsorción. Hasta ahora, el mecanismo detallado por el cual el carbono purifica el agua sigue siendo un misterio. Además, no se sabe si la solución acuosa adsorbida sobre el material de carbono es ácida, alcalina o neutra.
Para llenar estos vacíos, los investigadores dirigidos por el Dr. Takahiro Ohkubo, profesor asociado del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias Naturales y Tecnología de la Universidad de Okayama, Japón, el mecanismo básico por el cual los aniones son adsorbidos por los nanoporos de carbono.
En un artículo reciente en el Revista de ciencias de interfase y coloides («Nanoconfinamiento de aniones mejorado con capa ácida en poros cilíndricos de nanotubos de carbono de pared simple»), los investigadores informan sobre el uso de herramientas espectroscópicas Raman para estudiar la adsorción de iones de nitrato a través del poro cilíndrico de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT ) .
dr. Ohkubo y sus colegas lograron descifrar el mecanismo de formación de la capa ácida cerca de las paredes de los poros. Resulta que cuando una solución acuosa que contiene iones penetra en el material de carbono, incluso si la solución acuosa es neutra, se forma una capa acuosa ácida que contiene protones, que mantiene un estado estable.
dr. Al comentar sobre la novedad y la naturaleza fundamental de su trabajo, Ohkubo dijo: «Hasta ahora, no ha habido informes que demuestren la existencia de capas de adsorción ácida formadas en nanotubos hechos de materiales de carbono».
El equipo de investigación, que también incluye al Dr. Nobuyuki Takeyasu, profesor asociado de la misma facultad de la Universidad de Okayama, descubrió que la capa ácida facilita la adsorción eficiente de las impurezas del anión nitrato cargado negativamente, siendo la cantidad adsorbida de iones nitrato mucho mayor que los cationes o los grupos cargados positivamente.
Además, los iones de hidróxido se generan como contraiones. Los aniones presentes en la solución a granel se intercambian con los iones de hidróxido en el SWCNT, lo que hace que la solución acuosa sea alcalina. El equipo estudió la adsorción de aniones utilizando varios nitratos de metales alcalinos, incluidas las soluciones de nitrato de litio, nitrato de sodio, nitrato de rubidio y nitrato de cesio.
Descubrieron que se adsorben más iones de nitrato que iones metálicos. La cantidad de adsorción de protones fue casi la misma independientemente del tipo de ion de metal alcalino utilizado.
dr. Ohkubo señala: «La capa de ácido en el poro puede adsorber fuertemente las especies de aniones de nitrato porque está fuertemente confinada por el poro y fuertemente influenciada por la capa y el anión».
De hecho, los hallazgos son pasos importantes hacia el diseño y desarrollo de nanotubos de carbono adecuados para la adsorción de iones y la purificación de agua y aire. El mecanismo de purificación presentado en esta investigación es un modelo novedoso que explica la alcalinidad del medio acuoso de disolución, que hasta ahora ha sido un misterio.
Los investigadores señalan que los resultados de su estudio sugieren fuertemente la necesidad de neutralizar el agua antes de usarla cuando las impurezas iónicas quedan atrapadas en materiales de carbono. Otra contribución notable de este estudio es la demostración de que la interfaz de los nanomateriales es un campo de reacción química novedoso que podría servir de guía para futuros experimentos. En conjunto, este trabajo lleva nuestra comprensión del mecanismo de adsorción de aniones por parte del carbono al siguiente nivel y allana el camino para nuevos nanotubos de carbono como purificadores eficientes.
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