Fibra de cuarzo lisa, cima, gana la capacidad de eliminar metales tóxicos del agua cuando se agregan nanotubos de carbono, fondo. Los filtros absorbieron más del 99 por ciento de los metales de las muestras de prueba cargadas con cadmio, cobalto, cobre, mercurio, níquel y plomo. Una vez saturado, los filtros se pueden lavar y reutilizar. Crédito:Barron Research Group / Rice University
Los nanotubos de carbono inmovilizados en un mechón de fibra de cuarzo tienen el poder de eliminar los metales pesados tóxicos del agua. según investigadores de la Universidad de Rice.
Los filtros premiados producidos en el laboratorio del químico de Rice Andrew Barron por el entonces estudiante de secundaria y autor principal Perry Alagappan absorben más del 99 por ciento de los metales de muestras cargadas con cadmio. cobalto, cobre, mercurio, níquel y plomo. Una vez saturado, Los filtros se pueden lavar con un producto químico doméstico suave como vinagre y reutilizar.
Los investigadores calcularon que un gramo del material podría tratar 83, 000 litros de agua contaminada para cumplir con los estándares de la Organización Mundial de la Salud, suficiente para satisfacer las necesidades diarias de 11, 000 personas.
El análisis de laboratorio de los nuevos filtros aparece este mes en el acceso abierto de Nature. Informes científicos .
Los filtros robustos consisten en nanotubos de carbono que crecen en su lugar sobre fibras de cuarzo que luego se epoxidan químicamente. Las pruebas de laboratorio mostraron que las versiones ampliadas de los filtros de "nanotubos de carbono epoxidados con soporte" (SENT) demostraron ser capaces de tratar 5 litros de agua en menos de un minuto y renovarse en 90 segundos. El material retuvo casi el 100 por ciento de su capacidad para filtrar agua hasta 70 litros por cada 100 gramos de ENVIADO, después de lo cual los metales contenidos podrían extraerse para su reutilización o convertirse en sólidos para su eliminación segura.
Una imagen de microscopio electrónico muestra fibras de cuarzo con nanotubos de carbono que crecen en su lugar. Crédito:Barron Research Group / Rice University
Mientras que el sustrato de cuarzo le da forma al filtro y la vaina de nanotubos de carbono lo hace resistente, la epoxidación a través de un ácido oxidante parece ser la principal responsable de adsorber el metal, ellos determinaron.
Alagappan, ahora estudiante de pregrado en la Universidad de Stanford, se inspiró para iniciar el proyecto durante un viaje a la India, donde aprendió sobre la contaminación del agua subterránea a partir de toneladas de desechos electrónicos:teléfonos, computadoras y cosas por el estilo, que terminan indebidamente en los vertederos.
"Perry se puso en contacto conmigo para obtener experiencia en investigación de laboratorio, ", Dijo Barron." Dado que teníamos un proyecto en curso iniciado por Jessica Heimann, un estudiante que estaba cursando un semestre en la Universidad Jacobs de Bremen, esta fue una combinación perfecta ".
Barron dijo que las materias primas para el filtro son económicas y señaló que la conversión de ácido acético en vinagre es omnipresente en todo el mundo. lo que debería simplificar el proceso de reciclaje de los filtros para su reutilización incluso en ubicaciones remotas. "Todas las culturas del planeta saben cómo hacer vinagre, " él dijo.
Una imagen de microscopio electrónico muestra fibras de cuarzo con nanotubos de carbono después de la epoxidación. Los experimentos mostraron que la epoxidación parece dar a los filtros su calidad de absorción. Crédito:Barron Research Group / Rice University
"Esto tendría el mayor impacto social en las unidades a escala de aldea que podrían tratar el agua en lugares remotos, regiones en desarrollo, "Barron dijo." Sin embargo, también existe la posibilidad de ampliar la extracción de metales, en particular de las aguas residuales de la mina ".
La investigación de Alagappan ganó una serie de premios cuando todavía era un estudiante de secundaria en Clear Lake. un suburbio de Houston, así como un estudiante visitante en el laboratorio de Barron's Rice. Primero fue el premio mayor de ciencias ambientales en la Feria de Ciencias e Ingeniería de Houston en 2014. Eso lo calificó para ingresar a la Feria Internacional de Ciencias e Ingeniería de Intel en Los Ángeles el próximo año. donde también se llevó el máximo premio medioambiental.
Arrancó eso en el primer premio en el Premio Junior de Agua de Estocolmo 2015, donde la princesa heredera de Suecia le presentó el honor.
"Ha sido un gran honor ser reconocido a nivel internacional por esta investigación, y estoy agradecido por la oportunidad de trabajar en este proyecto junto a un grupo de personas tan talentoso, ", Dijo Alagappan." También aprecié especialmente poder reunirme con otros investigadores jóvenes en la Feria Internacional de Ciencias de Intel y el Premio de Agua para Jóvenes de Estocolmo, quienes me inspiraron con su firme compromiso de elevar la sociedad a través de la ciencia y la tecnología ".
