La nanotecnología se ha desarrollado enormemente en la última década y fue capaz de crear muchos materiales nuevos con una amplia gama de aplicaciones potenciales. Los nanotubos de carbono son un ejemplo de estos nuevos materiales y consisten en moléculas cilíndricas de carbono con diámetros de unos pocos nanómetros:un nanómetro es una millonésima de milímetro. Los nanotubos de carbono poseen una electrónica excepcional, propiedades mecánicas y químicas, por ejemplo, se pueden utilizar para limpiar agua contaminada. Científicos de la Universidad de Viena habían publicado recientemente esta nueva investigación en Ciencia y tecnología ambiental .
Entre muchas aplicaciones potenciales, Los nanotubos de carbono son excelentes materiales candidatos para limpiar el agua contaminada. Muchos contaminantes del agua tienen una afinidad muy alta por los nanotubos de carbono y los contaminantes podrían eliminarse del agua contaminada mediante filtros hechos de este nanomaterial. por ejemplo, fármacos solubles en agua que difícilmente pueden separarse del agua mediante carbón activado. Los problemas debidos a la saturación de los filtros podrían reducirse ya que los nanotubos de carbono tienen una superficie muy grande (por ejemplo, 500 m 2 por gramo de nanotubo) y, en consecuencia, una capacidad muy alta para retener contaminantes. "De esta forma se podría reducir el mantenimiento y los residuos relacionados con la descontaminación del agua", dice Thilo Hofmann, Vicedecano de la Facultad de Ciencias de la Tierra, Geografía y Astronomía de la Universidad de Viena.
Evaluación de la sostenibilidad ambiental de los nanotubos de carbono
Mucha investigación se ha centrado en los nanotubos de carbono en la última década. Sin embargo, las excepcionales propiedades de los nanotubos de carbono dificultan su estudio. Los métodos estándar dan resultados limitados y el comportamiento de los nanotubos de carbono en condiciones realistas aún no se comprende bien. "Las tecnologías innovadoras siempre conllevan beneficios e inconvenientes para la calidad humana y ambiental, y una buena comprensión de las interacciones entre contaminantes y nanotubos de carbono, así como cómo se comportan los nanotubos de carbono en el medio ambiente, es esencial antes de que puedan usarse en filtros", explica Mélanie Kah, que investiga sobre este proyecto junto con Xiaoran Zhang.
Un equipo de investigadores del Departamento de Geociencias Ambientales de la Universidad de Viena está llevando a cabo una investigación sobre el tema. Desarrollaron un método llamado "muestreo pasivo". Los datos producidos por este nuevo método son mucho más confiables para aplicaciones realistas, ya que incluyen concentraciones que pueden ocurrir en el medio ambiente (generalmente muy bajas). Esto no fue posible con los métodos clásicos que solo pueden lidiar con concentraciones elevadas.
Los experimentos publicados ahora en la revista reconocida internacionalmente Ciencia y tecnología ambiental tomó más de un año. Primero, Se desarrolló el "método de muestreo pasivo" que permite medir la afinidad de una categoría de contaminantes cancerígenos, es decir, hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), a los nanotubos de carbono. "Se realizaron una serie de pruebas que utilizan química analítica y microscopía electrónica con colaboradores de la Universidad de Utrecht en los Países Bajos, para asegurarse de que el método sea adecuado, fiable y optimizado para nanotubos de carbono ", ilustra Thilo Hofmann. Una vez validado, El "método de muestreo pasivo" se utilizó para medir la afinidad (absorción y adsorción) de varios contaminantes (PAH) por los nanotubos de carbono en un rango muy amplio de concentraciones.
Los contaminantes luchan por un lugar en los nanotubos de carbono
Otro aspecto investigado por los científicos del Departamento de Geociencias Ambientales es el fenómeno de la competencia entre contaminantes. Muchas sustancias químicas coexisten a menudo en el medio ambiente, especialmente en cuerpos de agua contaminados. Si ocurre competencia, significa que un contaminante puede no adherirse a los nanotubos de carbono si coexisten mejores competidores. La competencia no es aceptable para la aplicación del filtro, ya que la eficacia del filtro variará según la cantidad y el tipo de contaminantes presentes. El estudio de la competencia también proporciona información sobre los mecanismos de sorción.
El uso de técnicas clásicas con concentraciones relativamente altas mostró que la competencia puede ser muy fuerte cuando tres HAP coexisten con nanotubos de carbono. En cambio, los experimentos con el "método de muestreo pasivo" en concentraciones que probablemente se produzcan en el medio ambiente demostraron que no se produce competencia si se consideran juntos 13 HAP. Este ejemplo destaca la importancia de desarrollar y utilizar métodos experimentales para producir resultados relevantes para las condiciones ambientales. Aún quedan muchas preguntas por responder para evaluar completamente el potencial de los nanotubos de carbono para limpiar el agua contaminada. Seguimos trabajando en el tema y los resultados de nuestros últimos experimentos serán presentados próximamente en congresos internacionales ”, concluye el geocientífico ambiental, Thilo Hofmann.
