Las buckyballs tratadas no solo eliminan partículas metálicas valiosas sino potencialmente tóxicas del agua y otros líquidos, pero también reservarlos para uso futuro, según científicos de la Universidad de Rice.

El laboratorio de Rice del químico Andrew Barron ha descubierto que los fullerenos de carbono-60 (también conocidos como buckyballs) que han pasado por el proceso químico conocido como hidroxilación pueden agregarse en cuerdas como perlas a medida que se unen y separan los metales, algunos mejor que otros, de las soluciones. . Los usos potenciales del proceso incluyen la eliminación ecológica de metales de los fluidos de drenaje de la minería ácida, un producto de desecho de la industria del carbón, así como de fluidos utilizados para la fracturación hidráulica en la producción de petróleo y gas.

Barron dijo que las buckyballs tratadas manejaron metales con diferentes cargas de formas inesperadas, lo que puede hacer posible extraer metales específicos de fluidos complejos mientras se ignoran otros.

El estudio dirigido por Jessica Heimann, estudiante de Rice, apareció en la revista Royal Society of Chemistry. Transacciones de Dalton .

Investigaciones anteriores en el laboratorio de Barron habían demostrado que los fullerenos hidroxilados (conocidos como fullerenoles) se combinaban con iones de hierro para formar un polímero insoluble. Heimann y sus colegas llevaron a cabo una serie de experimentos para explorar la capacidad de unión relativa de los fullerenoles a una variedad de metales.

"Está muy bien decir que puedo sacar metales del agua, pero para fluidos más complejos, el problema es eliminar los que realmente quieres, "Barron dijo." Residuos mineros ácidos, por ejemplo, tiene grandes cantidades de hierro y aluminio y pequeñas cantidades de níquel, zinc y cobre, los que quieras. Para ser franco, el hierro y el aluminio no son los peores metales para tener en el agua, porque están en agua natural, de todas formas.

"Así que nuestro objetivo era ver si existe una preferencia entre diferentes tipos de metal, y encontramos uno. Entonces la pregunta fue:¿Por qué? "

La respuesta estaba en los iones. Un átomo o molécula con más o menos electrones que protones es un ion, con carga positiva o negativa. Todos los metales que probó el laboratorio de Rice dieron positivo, con cargos 2-plus o 3-plus.

"Normalmente, cuanto más grande es el metal, cuanto mejor se separa, "Barron dijo, pero los experimentos demostraron lo contrario. Los metales de dos o más con un radio iónico más pequeño se unieron mejor que los más grandes. (De aquellos, zinc unido con mayor fuerza) .Pero para 3 iones o más, grande funcionó mejor que pequeño.

"Eso es realmente extraño, "Dijo Barron." El hecho de que hay tendencias diametralmente opuestas para los metales con una carga de más de 2 y los metales con una carga de más de 3 hace que esto sea interesante. El resultado es que deberíamos poder separar preferentemente los metales que queremos ".

Los experimentos encontraron que los fullerenoles combinados con una docena de metales, convirtiéndolos en polímeros sólidos reticulados. En orden de efectividad y comenzando por el mejor, los metales eran zinc, cobalto, manganeso, níquel, lantano, neodimio cadmio, cobre, plata, calcio, hierro y aluminio.

La referencia a la "perla" no está lejos de ser literal, Una de las fuentes de inspiración del artículo fue el hecho de que los iones metálicos son agentes de reticulación de las proteínas que dan a ciertos mejillones marinos una capacidad asombrosa para adherirse a las rocas húmedas.

Heimann, un mayor, comenzó en el proyecto antes de pasar un semestre en la institución hermana de Rice en Alemania, Universidad Jacobs. "Inicialmente trabajé con nanotubos de carbono, oxidándolos para ver cómo unirían los metales, y luego me fui al extranjero, ", dijo. Para cuando regresó, Barron estaba listo para probar C-60. "Viniendo de Rice y su historia con buckyballs, Pensé que sería genial "Dijo Heimann.

"Me gustó poder ver el objetivo final de hacer un filtro que pudiera usarse para tratar el agua contaminada, " ella dijo.

Barron dijo que los fullerenoles actúan como agentes quelantes, que determinan cómo los iones y moléculas se unen a los iones metálicos. Los experimentos con varios metales mostraron los fullerenoles unidos a ellos en menos de un minuto, después de lo cual se podrían filtrar los sólidos combinados.

Barron dijo que las opciones de aluminio, el zinc y el níquel para las pruebas se debieron a su copresencia con el hierro en el agua de drenaje de la minería ácida. Similar, El cadmio se probó para determinar su asociación con fertilizantes y lodos de depuradora y el cobre con descargas mineras. Níquel, el lantano y el neodimio se utilizan en baterías y motores de propulsión en vehículos híbridos.

Barron dijo que la investigación muestra la versatilidad del buckyball, descubierto en Rice en 1985 por los ganadores del Premio Nobel Rick Smalley, Robert Curl y Harold Kroto. También señala el camino a seguir. "El conocimiento que tenemos ahora nos permite encontrar alternativas a los C-60 para diseñar formas en las que podamos separar los metales de manera más eficiente, " él dijo.