El dióxido de carbono de la atmósfera puede disolverse en los océanos, lagos y estanques, formando iones de bicarbonato y otros compuestos que cambian la química del agua, con posibles efectos nocivos para los organismos acuáticos. Además, El bicarbonato puede volver a entrar en la atmósfera como dióxido de carbono más tarde, contribuyendo al cambio climático. Ahora, los investigadores han desarrollado diminutos "nano tarros, "mucho más pequeño que el ancho de un cabello humano, que dividen el bicarbonato en carbonato y lo capturan, así como ciertos aniones tóxicos, por lo que los iones se pueden eliminar y potencialmente reciclar.

Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la reunión de otoño de la American Chemical Society (ACS).

"Originalmente desarrollamos nanojars para extraer iones dañinos cargados negativamente, como cromato y arseniato, del agua, "dice Gellert Mezei, Doctor., quién presenta el trabajo en la reunión. "Pero resulta que también se unen fuertemente al carbonato". El carbonato u otros iones capturados en los nano tarros podrían luego desecharse o reciclarse en productos útiles. él dice.

Los nanojars son recipientes diminutos formados por múltiples unidades repetidas de un ión de cobre, un grupo pirazol y un hidróxido. Los frascos solo se forman cuando un ion con una carga de -2, como el cromato, arseniato, fosfato o carbonato, está presente. Cuando se agregan los ingredientes adecuados a un solvente orgánico, las unidades repetidas se forman y ensamblan en nanojars, con el anión cargado -2 unido firmemente en el centro.

Para eliminar los aniones del agua, los investigadores agregaron el solvente que contiene los componentes nanojar, que formó una capa orgánica sobre el agua. "El solvente no se mezcla con el agua, pero los aniones del agua pueden entrar en esta capa orgánica, "explica Mezei, que está en la Universidad de Western Michigan. "Luego, los nanojars se forman y envuelven los iones, atrapándolos en la fase orgánica ". Debido a que el agua y las capas orgánicas no se mezclan, se pueden separar fácilmente. El tratamiento de la capa orgánica con un ácido débil hace que los nanojars se deshagan, liberando los aniones para su eliminación o reciclaje.

Los investigadores han utilizado nano tarros para eliminar aniones tóxicos del agua. "Hemos demostrado que podemos extraer cromato y arseniato por debajo de los niveles permitidos por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. Para el agua potable. niveles realmente bajos, ", Dice Mezei. Los nanojars tienen una afinidad aún mayor por el carbonato, y agregando una molécula llamada 1, La 10-fenantrolina de la mezcla produce nanojaros que unen dos iones de carbonato cada uno en lugar de uno.

El equipo también ha fabricado nano tarros que son selectivos para ciertos aniones. "El bloque de construcción pirazol original hace nanojars que son totalmente selectivos para iones cargados -2, pero no pueden discriminar entre estos iones, ", Dice Mezei. Al usar dos pirazoles atados por un enlazador de etileno como bloque de construcción, los investigadores hicieron nanojars que se unen preferentemente al carbonato. Más recientemente, han demostrado que el uso de dos pirazoles con un enlazador de propileno produce nanojars selectivos de sulfato. Estos nanojars selectivos de aniones serán importantes para aplicaciones en las que solo se deben eliminar ciertos iones cargados -2.

Los investigadores también han estado trabajando para hacer que el proceso sea más adecuado para aplicaciones del mundo real. Por ejemplo, han cambiado una base débil, trioctilamina, por la base fuerte, hidróxido de sodio, utilizado originalmente para hacer nanojars. "Trioctilamina, a diferencia del hidróxido de sodio, es soluble en la fase orgánica y hace que la formación de los nanojars sea mucho más eficiente, "Dice Mezei. Curiosamente, La trioctilamina hace que se formen nanojaros con estructuras ligeramente diferentes, a los que se refiere como nanojars "tapados", pero parecen unir el carbonato con la misma fuerza.

Hasta aquí, todos los experimentos se han realizado a escala de laboratorio. Desarrollar un sistema para tratar grandes volúmenes de agua, como en un lago, requerirá la colaboración de ingenieros, Dice Mezei. Sin embargo, Él prevé que el agua contaminada del lago podría bombearse a una estación para su tratamiento y luego devolverse al lago. Algunos iones, como el fosfato, podría reciclarse para fines útiles, como fertilizantes. El carbonato podría reciclarse para hacer solventes "verdes", llamados ésteres de carbonato, para la propia extracción nanojar. "Si este proceso para eliminar el dióxido de carbono del agua, e indirectamente, la atmósfera - sería competitiva con otras tecnologías, que aun no se, "Dice Mezei." Hay muchos aspectos que deben tenerse en cuenta, y eso es un asunto complicado ".