Casi todo el mundo usa alúmina de tamaño nanométrico en estos días, este mineral, entre otros, constituye el esqueleto de los convertidores catalíticos modernos en los automóviles. Hasta ahora, la producción práctica de nanocorundo con una porosidad suficientemente alta no ha sido posible. La situación ha cambiado radicalmente con la presentación de un nuevo método de producción de nanocorindones, desarrollado como parte de una cooperación germano-polaca de científicos de Mülheim an der Ruhr y Cracovia.

Altas temperaturas y presiones, procesos que duran incluso docenas de días:estos son algunos de los métodos actuales para producir alúmina de tamaño nanométrico, un material de gran importancia industrial, y difícilmente pueden llamarse ideales. El producto en sí también está lejos de ser ideal. Mientras tanto, Científicos del Max-Planck-Institut für Kohlenforschung (MPI Kofo) en Mülheim an der Ruhr (Alemania) encontraron un proceso simple para la producción de nanocorindones. Su base termodinámica se explica por un modelo teórico innovador desarrollado por el Prof. Zbigniew Lodziana del Instituto de Física Nuclear de la Academia Polaca de Ciencias (IFJ PAN) en Cracovia. El modelo sugiere que el corindón de tamaño nanométrico se puede formar en condiciones que son radicalmente más amigables con el medio ambiente. El éxito del grupo germano-polaco resultó ser tan significativo que se ha publicado en Ciencias , una de las revistas científicas más respetadas del mundo.

"Nanopartículas de corindón, producido por el método propuesto por nosotros, tienen un tamaño de aproximadamente 13 nanómetros y se caracterizan por una porosidad considerable:un gramo tiene una superficie de aproximadamente 140 m ² . Se trata de un orden de magnitud superior al valor típico del nanocorundo producido mediante procesos tecnológicos actualmente conocidos. "dice el profesor Lodziana.

Corundo, la forma más estable de alúmina Al ₂ O ₃ (denotado por la letra griega alfa), es un mineral común. Debido a su dureza es de uso común, entre otros, como abrasivo. Los convertidores catalíticos de automóviles son una aplicación popular para la alúmina. Aquí, sirve como una capa base porosa para partículas activas de metales de transición (por ejemplo, paladio), que son responsables de eliminar el monóxido de carbono y los óxidos de nitrógeno de los gases de escape. Grande, los cristales transparentes de corindón son raros y se consideran piedras preciosas; dependiendo de sus mezclas, toman diferentes colores, p.ej. rojo (rubíes) o azul (zafiros).

"El problema con la producción simple y eficiente de alúmina de tamaño nanométrico realmente se reduce a eliminar las moléculas de agua que cubren la mayor parte del hidróxido de aluminio. En la actualidad, Para ello se utilizan calor intenso y / o alta presión. Desafortunadamente, durante el calentamiento crecen nanopartículas. Esto significa que su superficie total disminuye, y por tanto las propiedades funcionales del material se deterioran, "explica el profesor Lodziana.

Las alúminas porosas se producen actualmente a partir del hidróxido de aluminio más fácilmente disponible. Este polvo blanco llamado boehmita, debe exponerse a una temperatura de más de 700 Kelvin a una presión de aprox. 1200 atmósferas. Estas condiciones deben mantenerse durante más de un mes. En la fase final, con una duración de hasta diez horas, la temperatura sube a más de 800 K. Otro método clásico de producción es calentar durante una docena de horas a una temperatura de más de 800 K, después de lo cual, durante una docena de horas aproximadamente, la temperatura se eleva a incluso más de 1600 K.

Arrojando luz sobre el hecho de que es posible eliminar las moléculas de agua de la boehmita con la ayuda de pequeñas cantidades de energía proporcionada, entre otros, en reacciones mecanoquímicas, Fue muy importante entender cómo la boehmita se convierte en nanocorindón.

Si bien las reacciones químicas típicas involucran soluciones o gases, en mecanoquímica los procesos tienen lugar entre sólidos, generalmente preparado en forma de polvos. La energía necesaria para llevar a cabo la reacción aquí es energía mecánica, suministrado durante la molienda en molinos mecánicos (a veces incluso es suficiente triturar a mano).

Durante el trabajo en el nuevo método, fue demostrado, tanto en la práctica como en la teoría, que es posible obtener corindón de tamaño nanométrico manteniendo su estabilidad y porosidad significativa. Este efecto se logró mediante la selección adecuada de los parámetros de funcionamiento de los molinos de bolas en los que se realizó la molienda. El objetivo era crear una situación en la que la cantidad de energía suministrada localmente al sistema supere la energía de unión de las moléculas de agua por la boehmita, lo que resulta en su liberación de la superficie.

"En el contexto de anteriores, métodos de múltiples etapas, la nuestra destaca por su extrema sencillez:lo único que hacemos es moler un polvo en un molino de bolas durante algún tiempo. En tono rimbombante, el proceso tiene lugar a temperatura ambiente y requiere solo unas pocas horas para lograr nanopartículas de corindón termodinámicamente estables, "enfatiza el Prof. Lodziana.

El método presentado para producir nanocorundum reduce no solo la energía, pero también los costos financieros asociados con la producción de nanopartículas de corindón de alta calidad al mínimo.

La parte teórica de la investigación descrita, llevada a cabo en el Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia, fue financiado con sus fondos legales.