Los metales son uno de los materiales más utilizados en el mundo:se utilizan en utensilios de cocina, instrumentos, aparatos eléctricos, cables eléctricos, chips de ordenador, joyas y así sucesivamente. Con la creciente demanda de productos metálicos, Es fundamental promover métodos sostenibles y respetuosos con el medio ambiente para reciclar los desechos metálicos para ayudar a reducir el impacto ambiental del uso de metales en la economía.

Los enfoques convencionales para el reciclaje de desechos metálicos consumen mucha energía y algunos de estos métodos también generan subproductos nocivos para el medio ambiente. como el amoníaco y el metano durante el reciclaje de aluminio.

Para abordar este desafío, un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha demostrado una nueva técnica ecológica para convertir los desechos de aluminio y magnesio en de alto valor, aerogeles multifuncionales. Este método de reciclado podría aplicarse a todo tipo de desechos metálicos en forma de energía, como virutas de metal y desechos electrónicos.

"Nuestro enfoque es más económico, no produce residuos peligrosos, consume menos energía y es más respetuoso con el medio ambiente que los métodos convencionales de reciclaje de residuos metálicos. Los aerogeles a base de metal creados con nuestra técnica de fabricación única tienen una alta estabilidad térmica y mecánica. Por eso, son candidatos prometedores para el aislamiento térmico y acústico en entornos hostiles con alta temperatura o alto impacto mecánico. También estamos explorando nuevos usos para tales aerogeles, como aplicaciones biomédicas, "explicó el líder del equipo de investigación, el profesor asociado Duong Hai-Minh, que es del Departamento de Ingeniería Mecánica de NUS.

Este último avance tecnológico logrado por el profesor asociado Duong y su equipo se basa en sus éxitos anteriores en el desarrollo de aerogeles utilizando diferentes tipos de desechos como plásticos, textiles, papel, hojas de piña y otros tipos de residuos alimentarios y agrícolas.

Sencillo, proceso de fabricación de bajo costo

El equipo de NUS ha desarrollado un proceso de fabricación simple para crear aerogeles a base de metal. Los desechos metálicos se muelen primero en polvo y se mezclan con reticulantes químicos. La mezcla se calienta en el horno, congelado y luego liofilizado para crear el aerogel. El proceso puede variar ligeramente según el desperdicio de metal involucrado. De media, se necesitan entre uno y tres días para transformar los desechos metálicos en polvo en aerogeles, en comparación con tres a siete días utilizando métodos convencionales de producción de aerogeles.

El proceso simple también significa que los aerogeles a base de metal se pueden producir a un costo mucho menor. Utilizando la técnica desarrollada por el equipo de NUS, una pieza de aerogel a base de metal de 1 metro cuadrado de tamaño y 1 cm de grosor cuesta menos de S $ 10.50 para producir, mitad del precio del aerogel de sílice disponible comercialmente.

Aerogeles a base de metal como materiales de construcción versátiles

Los aerogeles son muy absorbentes, extremadamente ligero, y tienen excelentes capacidades de aislamiento térmico y acústico. En su trabajo anterior, El profesor asociado Duong y su equipo habían demostrado que las propiedades de los aerogeles se pueden alterar recubriéndolos con productos químicos, por ejemplo, pueden volverse repelentes al agua o resistentes al fuego.

En su último trabajo, el equipo de NUS ha identificado nuevas aplicaciones interesantes para los aerogeles a base de metales. Una aplicación prometedora es su uso como materiales de construcción ligeros.

"Nuestro aerogel de aluminio es 30 veces más liviano y aísla el calor 21 veces mejor que el concreto convencional. Cuando se agregan fibras ópticas durante la etapa de mezcla, podemos crear aerogeles de aluminio translúcido que, como materiales de construcción, puede mejorar la iluminación natural, Reducir el consumo de energía para la iluminación e iluminar áreas oscuras o sin ventanas. El hormigón translúcido también se puede utilizar para construir aceras y topes de velocidad que se iluminan por la noche para mejorar la seguridad de los peatones y el tráfico rodado. "Agregó el profesor adjunto Duong.

Los aerogeles de aluminio translúcido creados por el equipo de NUS son seis veces más ligeros, seis veces mejor en aislamiento térmico y 120 veces más barato en comparación con el hormigón translúcido comercial (LiTraCon).

Cuando se recubre con un químico llamado metiltrietoxisilano (MTEOS), Los aerogeles de aluminio pueden repeler el agua y se convierten en un material de construcción autolimpiante que permite que la suciedad o los escombros se eliminen fácilmente cuando entran en contacto con el agua.

Los aerogeles a base de metal también son adecuados como placas ignífugas, materiales de aislamiento térmico en edificios y sistemas de tuberías, para la absorción de contaminantes en el aire para ambientes interiores, y limpieza de derrames de petróleo.

Aerogeles a base de metales para cultivo celular

El equipo de NUS también está estudiando el uso de aerogeles para aplicaciones biomédicas.

"Actualmente estamos trabajando con un socio comercial para probar nuestros aerogeles de aluminio como microvehículos para el cultivo celular. Los microvehículos son microesferas de tamaño micro para que las células se anclen y crezcan. Nuestros primeros ensayos se realizaron en células madre, utilizando una línea celular comúnmente utilizada para probar medicamentos y cosméticos, y los resultados son muy alentadores, "explicó el profesor adjunto Duong.

Para ser utilizados como microportadores, Los aerogeles de aluminio se muelen en polvo y se agregan a la mezcla de células y medios de crecimiento (incluidos los nutrientes, antibióticos y suplementos para el crecimiento). Las células se cultivan a 37 grados Celsius en una incubadora durante 12 días. A continuación, se retiran los microvehículos y se recolectan las células para diversos usos.

"Después de 12 días de incubación, nuestros experimentos obtuvieron un rendimiento del 70%. Esta es la primera demostración exitosa de células en crecimiento usando aerogeles. Necesitamos realizar más estudios para optimizar las condiciones de cultivo y abordar los requisitos de biocompatibilidad. Este es un desarrollo emocionante que podría abrir las puertas a un uso más amplio de aerogeles para aplicaciones no convencionales, como pruebas de medicamentos y cosméticos. desarrollo de vacunas e ingeniería de tejidos, "Explicó el profesor adjunto Duong.

El equipo de NUS ha publicado recientemente su trabajo sobre la creación de aerogeles utilizando residuos de aluminio en el Revista de ciclos de materiales y gestión de residuos el 22 de febrero de 2021. El profesor asociado Duong y su equipo también están en conversaciones con socios de la industria para comercializar la tecnología para fabricar aerogeles a base de metal.

En la siguiente fase de su investigación, El equipo de NUS también está estudiando el desarrollo de aerogeles a base de metales para aplicaciones que requieren una tolerancia a temperaturas extremadamente alta. como para aplicaciones militares.