A la izquierda una impresora 3D que imprime la hoja de aerogel de grafeno de forma hexagonal. A la derecha, el aerogel (ahora negro) filtra el agua sucia. Crédito:Ciencia ambiental:Nano
El grafeno se destaca en la eliminación de contaminantes del agua, pero todavía no es un uso comercialmente viable del material maravilloso.
Eso podría estar cambiando.
En un estudio reciente, Los ingenieros de la Universidad de Buffalo informan sobre un nuevo proceso de impresión 3D de aerogeles de grafeno que, según dicen, supera dos obstáculos clave:la escalabilidad y la creación de una versión del material que sea lo suficientemente estable para un uso repetido, para el tratamiento del agua.
"El objetivo es eliminar de forma segura los contaminantes del agua sin liberar ningún residuo químico problemático, "dice el coautor del estudio, Nirupam Aich, Doctor., profesor ayudante de ingeniería ambiental en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UB. "Los aerogeles que hemos creado mantienen su estructura cuando se colocan en sistemas de tratamiento de agua, y se pueden aplicar en diversas aplicaciones de tratamiento de agua ".
El estudio, "Aerogeles de biopolímero de grafeno impresos en 3D para la eliminación de contaminantes del agua:una prueba de concepto", se publicó en la serie Emerging Investigator Series de la revista. Ciencias ambientales:Nano . Arvid Masud, Doctor., un ex alumno en el laboratorio de Aich, es el autor principal; Chi Zhou, Doctor., profesor asociado de ingeniería industrial y de sistemas en la UB, es coautor.
Un aerogel es una luz Sólido altamente poroso formado por la sustitución del líquido de un gel por un gas de modo que el sólido resultante tenga el mismo tamaño que el original. Son similares en configuración estructural a la espuma de poliestireno:muy porosos y livianos, pero fuerte y resistente.
El grafeno es un nanomaterial formado por carbono elemental y está compuesto por una única hoja plana de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal repetida.
El grafeno es increíblemente ligero. Este aerogel utilizado para filtrar agua, se asienta sobre un solo tejido. Crédito:Universidad de Buffalo.
Para crear la consistencia adecuada de la tinta a base de grafeno, los investigadores miraron a la naturaleza. Le agregaron dos polímeros bioinspirados:polidopamina (un material sintético, a menudo denominado PDA, que es similar a las secreciones adhesivas de los mejillones), y albúmina de suero bovino (una proteína derivada de las vacas).
En pruebas, el aerogel reconfigurado eliminó ciertos metales pesados, como plomo y cromo, que plagan los sistemas de agua potable en todo el país. También eliminó los tintes orgánicos, como el azul de metileno catiónico y el azul de Evans aniónico, así como disolventes orgánicos como el hexano, heptano y tolueno.
Para demostrar el potencial de reutilización del aerogel, los investigadores pasaron disolventes orgánicos a través de él 10 veces. Cada vez, eliminó el 100% de los disolventes. Los investigadores también informaron que la capacidad del aerogel para capturar azul de metileno disminuyó entre un 2 y un 20% después del tercer ciclo.
Los aerogeles también se pueden ampliar en tamaño, Aich dice, porque, a diferencia de las nanohojas, los aerogeles se pueden imprimir en tamaños más grandes. Esto elimina un problema previo inherente a la producción a gran escala, y hace que el proceso esté disponible para su uso en grandes instalaciones, como en plantas de tratamiento de aguas residuales, él dice. Agrega que los aerogeles se pueden quitar del agua y reutilizar en otros lugares, y que no dejen ningún tipo de residuo en el agua.
Aich es parte de una colaboración entre la UB y la Universidad de Pittsburgh, dirigido por la profesora de química de la UB Diana Aga, Doctor., para encontrar métodos y herramientas para degradar las sustancias perfluoroalquilo y polifluoroalquilo (PFAS), materiales tóxicos tan difíciles de descomponer que se conocen como "productos químicos permanentes". Aich nota las similitudes con su trabajo con aerogeles 3D, y espera que los resultados de los dos proyectos puedan combinarse para crear métodos más efectivos para eliminar los contaminantes transmitidos por el agua.
"Podemos usar estos aerogeles no solo para contener partículas de grafeno sino también partículas de nanometales que pueden actuar como catalizadores, "Dice Aich." El objetivo futuro es tener partículas de nanometales incrustadas en las paredes y la superficie de estos aerogeles y podrían degradar o destruir no solo los contaminantes biológicos, pero también contaminantes químicos ".
Aich, Chi, y Masud tienen una patente pendiente para el aerogel de grafeno descrito en el estudio, y buscan socios industriales para comercializar este proceso.
