Los investigadores estiman que las emisiones de mercurio en la atmósfera se han cuadruplicado desde la Revolución Industrial. El metal pesado, generado por la quema de combustibles fósiles y la eliminación de desechos industriales y médicos, se ha vuelto tan persistente en los ambientes acuáticos que la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. sugiere que aproximadamente media docena de especies de peces están tan contaminadas con mercurio que las personas deben evitar consumirlas. a ellos. Los investigadores han estado trabajando durante muchos años para desarrollar sistemas para eliminar el mercurio del agua. Pero un equipo de la Universidad de Drexel podría haber encontrado el material adecuado para atrapar eficientemente el mercurio evasivo, incluso en niveles bajos, y limpiar cuerpos de agua contaminados.

Entre muchos métodos para eliminar el mercurio del agua, la adsorción, el proceso de atracción y eliminación química de contaminantes, es la tecnología más prometedora debido a su relativa simplicidad, eficiencia y bajo costo, según el profesor Masoud Soroush, Ph.D. de la Facultad de Ingeniería de Drexel. , cuyo laboratorio está desarrollando una nueva tecnología de adsorción.

"Los adsorbentes modernos, como las resinas, la sílice mesoporosa, los calcogenuros y los carbones mesoporosos, tienen una mayor eficiencia que los adsorbentes tradicionales, como el carbón activado, las arcillas y las zeolitas que tienen poca afinidad por el mercurio y baja capacidad", dijo Soroush. "Sin embargo, el problema con todos estos materiales es que sus eficiencias de eliminación de mercurio aún son bajas y no pueden reducir el nivel de mercurio a menos de 1 parte por mil millones".

El equipo de investigadores de Soroush de Drexel y la Universidad de Temple ha explorado la síntesis y el uso de un MXene de carburo de titanio modificado en la superficie para la eliminación de mercurio. MXenes es una familia de nanomateriales bidimensionales que se descubrió en Drexel hace más de una década y ha demostrado muchas propiedades excepcionales. El equipo informó recientemente sus resultados en el Journal of Hazardous Materials .

Para la eliminación de iones de mercurio, las ventajas del carburo de titanio MXene, según Soroush, son su superficie cargada negativamente y la capacidad de ajuste y versatilidad de su química de superficie, lo que hace que MXene sea atractivo para la eliminación de iones de metales pesados. Debido a estas propiedades y la estructura en capas del MXene, los materiales a base de carburo de titanio MXene han demostrado un rendimiento superior en la separación de gases, la eliminación de la sal del agua, la destrucción de bacterias y la diálisis renal.

"Sabíamos que los materiales 2D, como el óxido de grafeno y el disulfuro de molibdeno, habían sido previamente efectivos en la eliminación de metales pesados ​​de las aguas residuales mediante adsorción debido a sus funcionalidades/estructuras químicas que atraen iones metálicos", dijo Soroush. "Los MXenes son un tipo de material similar, pero estimamos que el carburo de titanio MXene podría tener una capacidad de absorción mucho mayor que estos otros materiales, lo que lo convierte en un mejor sorbente para los iones de mercurio".

Pero el equipo de Soroush necesitaba realizar un ajuste clave en la estructura química del carburo de titanio MXene para mejorar aún más el material para una de sus tareas más desafiantes.

"El mercurio se llama mercurio por una razón:es bastante evasivo una vez que se emite al medio ambiente, ya sea por la quema de combustibles fósiles, la minería o la incineración de desechos", dijo Soroush. "Cambia rápidamente su forma química, lo que aumenta su toxicidad y hace que sea tremendamente difícil eliminarlo de los cuerpos de agua donde inevitablemente se acumula. Por lo tanto, para atraer los iones de mercurio aún más rápido, necesitábamos modificar la superficie de las escamas de carburo de titanio MXene". /P>

Existe una atracción natural entre los iones de mercurio y la superficie MXene de carburo de titanio, ya que los iones metálicos, como el mercurio, tienen carga positiva y la superficie de las escamas MXene tiene carga negativa. Sin embargo, para sacar los iones de mercurio del agua con más fuerza, el equipo necesitaba impulsar esta atracción. Con este fin, trataron los copos de MXene con ácido cloroacético, un proceso llamado carboxilación, que proporciona al MXene grupos de ácido carboxílico fuertes y altamente móviles y aumenta la carga negativa de la superficie de los copos de MXene, mejorando la capacidad de los copos para atraer y retener iones de mercurio.

El resultado fue un nuevo material adsorbente, el carburo de titanio carboxilado MXene, que demostró una captación de iones de mercurio más rápida y una mayor capacidad que todos los adsorbentes disponibles en el mercado, según los investigadores.

"El carburo de titanio carboxilado MXene demostró ser muy superior al material absorbente que se usa actualmente para la eliminación de iones de mercurio", dijo Soroush. "En un minuto pudo eliminar el 95 % de los iones de mercurio de una muestra de agua contaminada con una concentración de 50 partes por millón, lo que significa que podría ser lo suficientemente eficaz y eficiente para su uso en el tratamiento de aguas residuales a gran escala".

En cinco minutos, el carburo de titanio MXene y el carburo de titanio carboxilado MXene eliminaron el 98 % de los iones de mercurio de una muestra de agua de 10 mililitros contaminada con iones de mercurio en concentraciones entre 1 y 1000 partes por millón.

"Esto indica que tanto [MXene] como [MXene carboxilado] son ​​adsorbentes efectivos para eliminar los iones de mercurio de las aguas residuales debido a sus propiedades estructurales especiales y su alta densidad de grupos funcionales superficiales", escribió el equipo. "En general, el mecanismo de adsorción de los iones metálicos sigue dos pasos:al principio, los iones se adsorben rápidamente en los sitios activos disponibles y el proceso es rápido. La adsorción avanza más lentamente a medida que los sitios de adsorción se llenan y los iones son necesarios para se difunde en los poros y la capa intermedia".

El desarrollo es significativo en la batalla para contener la contaminación por mercurio, que se ha vuelto tan generalizada que las autoridades sanitarias recomiendan evitar comer ciertas especies de pescado por completo. Los esfuerzos para contener el mercurio liberado por la quema de combustibles fósiles han demostrado ser tan desafiantes como reducir la dependencia de los combustibles mismos.

Si bien alejarse de las fuentes de energía contaminantes es la solución definitiva para evitar la liberación de metales pesados, como el mercurio, en el medio ambiente, Soroush sugiere que este avance podría generar nuevas posibilidades para limpiar la contaminación que ya se ha creado.

"Prevemos que el uso de la tecnología MXene carboxilada eliminará todos los iones de metales pesados", dijo. "Además de usar el MXene carboxilado como sorbente, otra forma de lograr esto es fabricar filtros recubiertos o incrustados con el MXene carboxilado". + Explora más

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