Los nanotubos de carbono (CNT) son una familia de nanoestructuras 1D con numerosas aplicaciones verificadas, posible gracias a su excelente mecánica, propiedades ópticas y conductoras. Sin embargo, La aplicación de CNT se ve obstaculizada por la presencia de especies con diversas estructuras en la mezcla de producción cruda. que oscurece las propiedades únicas de las especies individuales.

Existen varios métodos para separar los CNT, pero son difíciles de ampliar principalmente debido al alto costo de los reactivos involucrados. Notablemente, la mayoría de estos métodos se desarrollaron originalmente para clasificar proteínas, y fueron adoptados recientemente para separar los CNT.

En este papel, los autores proponen una nueva, método de separación rentable, Adecuado para el procesamiento a escala industrial de CNT. El método de separación se basa en hacer pasar la solución de surfactante de los CNT a través de una columna llena de algodón químicamente modificado.

Uno de los métodos de separación existentes, denominada permeación selectiva en gel, en su esencia es una cromatografía en columna básica. A saber, la solución de tensioactivo de CNT se pasa a través de una columna, rellenos con geles de perlas de agarosa y / o dextrano con los nombres comerciales Sepharose y Sephacryl. Tanto la agarosa como el dextrano son polisacáridos elaborados a partir de la glucosa o unidades de construcción similares a la glucosa. La celulosa es un polisacárido natural que consta de las mismas unidades estructurales. Es por eso que el equipo decidió probar este material como relleno de columna para la permeación selectiva.

El algodón es celulosa natural, que posee una gran superficie debido a la estructura fibrosa. Coautor Timur Khamidullin, un doctorado estudiante en el grupo de Ayrat Dimiev (Laboratorio de Nanomateriales de Carbono Avanzados, Universidad Federal de Kazán) hizo el primer intento con algodón natural comprado en una farmacia local. A pesar de la baja eficiencia de clasificación, hubo alguna separación registrada, es decir, algodón trabajado como relleno de columna. Inspirado por el resultado, Ayrat Dimiev decidió modificar químicamente el algodón para cambiar la naturaleza química de su superficie. Los resultados fueron incluso más altos que las expectativas:esto proporcionó una eficiencia de separación mucho mejor de la primera prueba. Tomó otro año y medio de los esfuerzos colectivos del grupo para afinar tanto la modificación química del algodón, y la relación de tensioactivos en las soluciones de dispersión y elución.

El uso de algodón modificado permitió alcanzar un nivel de separación que nunca antes se había reportado para los NTC tubáricos. Además, el algodón modificado es aproximadamente 200 veces más barato que los hidrogeles a base de agarosa y dextrano, empleado actualmente en el método de separación selectiva por permeación en gel. La escalabilidad del método está limitada solo por el diámetro de la columna de separación.

La principal contribución al trabajo fue realizada por el líder del grupo Ayrat Dimiev, Doctor. estudiante Timur Khamidullin, y los postdoctorados Shamil Galyaltdinov y Artur Khannanov.

En la mezcla de producción cruda, Los CNT de diferentes estructuras y propiedades oscurecen el valor de los demás. La demanda industrial de CNT separados aparecerá y crecerá en los próximos años. Los CNT con conductividad de tipo metálico se pueden usar en películas conductoras transparentes flexibles e incluso potencialmente reemplazar los metales en el cableado. Los CNT semiconductores se pueden utilizar como transistores y como plataformas para la obtención de imágenes y la administración de fármacos dirigida debido a su emisión distinta y única en la región IR. Por lo tanto, Los métodos eficientes para separar mezclas de producción de CNT en bruto elevarían la aplicación de CNT a un nuevo nivel científico y tecnológico. Es más, la disponibilidad de nanotubos separados listos para usar estimulará la búsqueda de nuevas direcciones de aplicación.

El área principal de trabajo futuro es aumentar aún más la eficiencia de la separación ajustando los parámetros del proceso de separación y la estructura del algodón modificado. La estructura óptima del algodón modificado y las condiciones para su producción aún no se comprenden completamente; esta pregunta debe resolverse por completo. Una vez logrado esto, el proceso debe escalarse a cantidades industriales, y nanotubos separados con varios tipos de conductividad deben probarse para encontrar soluciones prácticas.

El documento está disponible en línea y se espera que aparezca impreso en junio de 2021.