Un nuevo método para fabricar el material utilizado para limpiar las aguas residuales hace que el proceso de producción sea más ecológico y 20 veces más rápido. En un estudio publicado en Materiales aplicados hoy , Los investigadores muestran cómo el uso de microondas puede reducir la temperatura y la presión necesarias para fabricar fotocatalizadores.

Alimentado con luz solar, materiales como dióxido de titanio (TiO2) y vanadato de bismuto (BiVO4) se utilizan para limpiar aguas residuales, descomponen los tintes e incluso matan las bacterias en vendajes transparentes. A pesar de ser considerado 'verde', los procesos tradicionalmente utilizados para fabricar estos materiales consumen mucha energía.

Ahora, investigadores de la Universidad de Chiang Mai y el Centro Nacional de Nanotecnología de Tailandia, y la Universidad de Wollongong en Australia, han ideado un método de un solo paso que utiliza microondas para fabricar nanopartículas de BiVO4 que no requieren altas temperaturas y presiones. Esta, dicen los investigadores, hace que el material sea verdaderamente respetuoso con el medio ambiente, y reducirá los costos y el tiempo de producción.

"Estos materiales tienen una amplia gama de aplicaciones, pero se ha hecho poco para mejorar la forma en que los hacemos, "dijo el Dr. Jun Chen, uno de los autores del nuevo estudio de la Universidad de Wollongong, Australia. "La gente dice que los fotocatalizadores son verdes, pero a veces la forma en que generamos estos materiales no es realmente eficiente desde el punto de vista energético ".

Tradicionalmente, BiVO4 se fabrica mediante un método hidrotermal que requiere alta presión y alta temperatura. Esto es intensivo en energía, y puede tardar unas seis horas. El proceso involucra varias fases cristalinas, que determinan la estructura del material:el tamaño y la forma de las nanopartículas. Con el método tradicional, estas fases no se pueden controlar, por lo que se debe agregar un proceso adicional al final de la producción para ordenar las partículas. Esto implica altas temperaturas de alrededor de 500 grados Celsius, costando aún más energía.

Las microondas se utilizan a veces para apoyar el enfoque hidrotermal tradicional, para mejorar la pureza y estructura del material final. El nuevo método utiliza microondas directas puras para producir BiVO4, por lo que no requiere alta temperatura y presión, o un proceso adicional para mejorar el material.

El nuevo método es un simplificado, proceso de un solo paso realizado a 60-90 grados Celsius, haciéndolo industrialmente viable y más seguro. También es mucho más rápido, en comparación con las 6 horas estándar, el nuevo método toma solo 16 minutos.

Y lo que es más, las nanopartículas BiVO4 fabricadas con el nuevo proceso son puras y uniformes en forma y tamaño. El equipo ajustó el pH, temperatura y tiempos de reacción para controlar la fase cristalina de producción. Esto significaba que podían controlar la forma y el tamaño de las nanopartículas, sin necesidad de un proceso adicional.

El equipo probó qué tan bien el material puede descomponer un tinte llamado rodamina B (RhB). Descubrieron que sus materiales eran altamente fotocatalíticos, y funciona tan bien como BiVO4 elaborado con métodos tradicionales.

"Nos sorprendió tanto que no muchas personas se centraran en esta área; solo se han realizado unos pocos estudios con microondas, ", dijo el Dr. Chen." Esperamos que este trabajo sea de considerable interés para los científicos de materiales que quieran emplear tecnología verde para simplificar el proceso de síntesis de materiales de cristal inorgánico ".

Los investigadores ahora esperan extender el método para sintetizar otros óxidos metálicos y compuestos relacionados.