Fortificado con hierro:ya no es solo para cereales de desayuno. Investigadores de la Universidad de Illinois han demostrado un método más simple de agregar hierro a pequeñas esferas de carbono para crear materiales catalíticos que tienen el potencial de eliminar contaminantes del gas o líquido.

El profesor de ingeniería civil y ambiental Mark Rood, El estudiante graduado John Atkinson y su equipo describieron su técnica en la revista. Carbón .

Las estructuras de carbono pueden ser una base de soporte para catalizadores, como el hierro y otros metales. El hierro es un catalizador de bajo costo con posibles aplicaciones catalíticas para pilas de combustible y aplicaciones ambientales para adsorber productos químicos nocivos, como arsénico o monóxido de carbono. Los investigadores producen una matriz de carbono que tiene muchos poros o túneles, como una esponja. La gran superficie creada por los poros proporciona sitios para dispersar pequeñas partículas de hierro por toda la matriz.

Una fuente común de carbono es el carbón. Típicamente, los científicos modifican los materiales a base de carbón en carbón activado altamente poroso y luego agregan un catalizador. El proceso de varios pasos requiere tiempo y una enorme cantidad de energía. Además, los materiales hechos con carbón están plagados de cenizas, que puede contener trazas de otros metales que interfieren con la reactividad del catalizador a base de carbono.

El equipo de Illinois está libre de cenizas El proceso económico toma su carbono del azúcar en lugar del carbón.

En un proceso continuo, produce diminuto, esferas micrométricas de porosas, carbón esponjoso incrustado con nanopartículas de hierro, todo en el lapso de unos pocos segundos.

"Eso es lo que realmente distingue a esto de otras técnicas. Algunas personas lo han carbonizado e impregnado con hierro, pero no tienen superficie. Otras personas tienen un área de superficie pero no pudieron cargarla con hierro, ", Dijo Atkinson." Nuestra técnica proporciona tanto la superficie de carbono como las nanopartículas de hierro ".

Los investigadores se basaron en una técnica llamada pirólisis por pulverización ultrasónica (USP), desarrollado en 2005 en el laboratorio del profesor de química Kenneth Suslick de la U. de I. Suslick usó un humidificador doméstico para hacer una fina niebla a partir de una solución rica en carbono, luego dirigió la niebla a través de un horno extremadamente caliente, que evaporó el agua de cada gota y dejó minúsculos, esferas de carbono altamente porosas.

Atkinson usó USP para hacer sus esferas de carbono, pero agregó una sal que contiene hierro a una solución de azúcar rica en carbono. Cuando la niebla entra en el horno, el calor estimula una reacción química entre los ingredientes de la solución que crea esferas de carbono con partículas de hierro dispersas por todas partes.

"Pudimos aprovechar la técnica de USP del Dr. Suslick, y lo estamos construyendo al impregnar simultáneamente los carbonos porosos con nanopartículas metálicas, "Atkinson dijo." Es simple porque es continuo. Podemos aislar el carbono, agregar poros, e impregnar el hierro en las esferas de carbono en un solo paso ".

Otra ventaja de la técnica de USP es la capacidad de crear materiales para satisfacer necesidades particulares. Al fabricar el material desde cero, en lugar de intentar modificar los productos estándar, los científicos e ingenieros pueden desarrollar materiales para escenarios específicos de resolución de problemas.

"Ahora, se saca carbón del suelo y se modifica. Es difícil adaptarlo para resolver un problema de calidad del aire en particular, ", Dijo Rood." Podemos cambiar fácilmente este nuevo material por la forma en que se activa para adaptar su área de superficie y la cantidad de hierro impregnado. Este método es simple, flexible y adaptable ".

Próximo, los investigadores explorarán aplicaciones para el material. Rood y Atkinson han recibido dos subvenciones de la National Science Foundation para desarrollar las esferas de carbono-hierro para eliminar el óxido nítrico, mercurio, y dioxinas de corrientes de gas, contaminantes bioacumulativos que han causado preocupación como emisiones de fuentes de combustión.

En la actualidad, los tres contaminantes pueden tratarse por separado mediante adsorbentes y catalizadores a base de carbono, pero el equipo de Illinois y los colaboradores en Taiwán esperan aprovechar las propiedades de adsorción del carbono y la reactividad del hierro para eliminar los tres contaminantes de las corrientes de gas simultáneamente.

"Estamos buscando aprovechar su porosidad y, idealmente, sus aplicaciones catalíticas también, "Atkinson dijo." El carbono es un material muy versátil. Lo que tengo en mente es un control de múltiples contaminantes en el que se puede utilizar la porosidad y el catalizador para abordar dos problemas a la vez ".