Compuestos orgánicos en aguas residuales, como tintes y pigmentos en efluentes industriales, son tóxicos o tienen un efecto letal en la vida acuática y en los seres humanos. Cada vez hay más pruebas que demuestran que los contaminantes orgánicos que se desprenden de la galvanoplastia, producción textil, productos cosméticos, Los productos farmacéuticos son las principales razones de las mayores tasas de morbilidad de los riñones, hígado, y cánceres de vejiga, etc. Contaminantes orgánicos, especialmente azul de metilo y naranja de metilo, son estables a la luz, agentes térmicos o oxidantes y muy difíciles de eliminar mediante técnicas de tratamiento de aguas residuales químicas o biológicas convencionales. Recientemente, los científicos han desarrollado algunas estrategias nuevas con un buen rendimiento para eliminar el tinte; sin embargo, un procedimiento de purificación de adsorbente posterior es inevitable después del tratamiento del agua, que a menudo son complicadas y no adecuadas para el tratamiento práctico del agua.

Ahora, utilizando la técnica de fabricación inducida por láser, un equipo de investigadores chinos de la Universidad de Shandong, China ha desarrollado un nuevo tinte absorbente llamado nanopartículas híbridas de plata y sulfuro de plata (nanopartículas híbridas Ag2S @ Ag) y ha demostrado el rendimiento de adsorción superior del nanomaterial para eliminar el azul de metilo y el naranja de metilo de las aguas residuales. Más importante, los nuevos adsorbentes se pueden eliminar directamente de las soluciones mediante filtros sin procedimientos de purificación absorbente, ya que las nanopartículas híbridas a base de plata se aglomerarán y depositarán en el fondo después de adsorber los tintes, proporcionando un verde, sencillo, Solución rápida y económica para la depuración de agua. Esta semana en el diario Materiales ópticos Express , de The Optical Society (OSA), los investigadores describen el trabajo.

"Sin utilizar reactivos químicos costosos ni instalaciones, el método de fabricación inducido por láser es de bajo costo, rápido, ruta simple y versátil para la fabricación de nanocristales híbridos Ag2S @ Ag, "dijo Ming Chen, el autor principal y profesor asociado de la Escuela de Física y el Laboratorio Estatal Clave de Materiales de Cristal en la Universidad de Shandong, Porcelana. "Después de adsorber tintes como el azul de metilo y el naranja de metilo, los adsorbentes aglomerados y depositados pueden eliminarse fácilmente de las soluciones mediante filtros, que son muy beneficiosos para las prácticas plantas de tratamiento de aguas residuales ".

El equipo de Chen utilizó una técnica llamada ablación láser para fabricar nanocristales híbridos a base de plata en líquido, que es un proceso de remoción de materiales de una superficie sólida o líquida irradiándola con un rayo láser. En un experimento típico, los investigadores colocaron un metal plateado bien pulido en el fondo de un plato de vidrio giratorio lleno de solución de tioacetamida como fuente de azufre para fabricar sulfuro de plata. Luego, la superficie plateada se enfocó con un rayo láser, y en poco tiempo, Ocurrió una rápida ebullición y vaporización del elemento plata, resultando en plasma de plata explosivo con temperatura ultra alta (alrededor de miles de grados Celsius) en el punto irradiado. El proceso inicial en la formación de cristales, o la nucleación de plata y sulfuro, tuvo lugar en la etapa inicial de rápida condensación del plasma de plata, y terminó bruscamente en unos pocos microsegundos debido a la expiración del pulso láser y la expansión exhaustiva del vapor de plata.

"Durante la fabricación de nanopartículas Ag2S @ Ag, la condición de no equilibrio creada por la subsiguiente ablación con láser conduce a varios defectos, resultando en la presencia de abundantes especies de plata dispuestas desordenadamente en la superficie de nanopartículas de sulfuro de plata y formando una capa de plata, ", Explicó Chen." Después de la fabricación con láser, el rápido proceso de extinción mejoró el grado de desorden de las especies de plata, haciendo cada vez más átomos de plata en un estado muy excitado ".

El primer estudio del equipo mostró que la distribución de electrones de las especies de plata altamente excitadas puede verse influenciada por nanopartículas Ag2S @ Ag, resultando en especies de plata "polarizadas", o especies de plata con cargas positivas como sitios de adsorción de tinte. Dado que las moléculas de colorante como el azul de metilo y el naranja de metilo tienen grupos funcionales cargados negativamente, debido a la fuerte fuerza electrostática entre cargas positivas y cargas negativas, los sitios de adsorción mejorados en la superficie del material híbrido pegarán más moléculas de tinte, lo que lleva a la capacidad mejorada del material para eliminar tintes.

"Nuestros resultados experimentales mostraron que más del 99 por ciento de las moléculas de azul de metilo en las aguas residuales fueron adsorbidas por el nanomaterial Ag2S @ Ag en cinco minutos, "Chen dijo." Los espectros de absorción ultravioleta-visible de la solución también mostraron claramente que después de adsorber las moléculas de tinte, el nanomaterial Ag2S @ Ag se aglomeró en numerosos grupos de gran tamaño, luego se deposita en el fondo de la solución. Mientras tanto, la agregación y la deposición provocan un cambio significativo en el color de la solución de azul a incolora ".

Chen estimó que después de la reacción de adsorción con azul de metilo, más del 99 por ciento del nanomaterial Ag2S @ Ag se puede eliminar de la solución mediante filtros.

"En comparación con los procesos convencionales de purificación de adsorbentes, como el proceso centrífugo o el uso de campos magnéticos externos, que son complicados y no aptos para el tratamiento práctico del agua, el proceso de filtrado es simple, rápido y rentable, ", Dijo Chen." Nuestro nuevo método omite el proceso de purificación de adsorbentes, que promueve la aplicación de nanopartículas Ag2S @ Ag como materiales adsorbentes avanzados para el tratamiento práctico de aguas residuales en el futuro ".

Dado que las moléculas de colorante no se desorben fácilmente de los adsorbentes aglomerados mediante el tratamiento térmico estándar, El siguiente paso de los investigadores es estudiar el método de desorción de moléculas de colorante de los adsorbentes Ag2S @ Ag para realizar el reciclaje de material en el futuro.