Investigadores de la Universidad de Drexel han encontrado el material adecuado para atrapar mercurio —incluso en niveles bajos— y limpiar los cuerpos de agua contaminados.
Según el investigador principal Masoud Soroush, la adsorción —el proceso de atracción y eliminación química de contaminantes— parece ser la tecnología más prometedora para eliminar mercurio del aguadebido a su relativa sencillez.
“Los adsorbentes modernos, como las resinas, la sílice mesoporosa, los calcogenuros y los carbones mesoporosos, tienen mayores eficiencias que los adsorbentes tradicionales, como el carbón activado, las arcillas y las zeolitas que tienen poca afinidad por el mercurio y bajas capacidades”, dijo Soroush en un medio. declaración. “Sin embargo, el problema con todos estos materiales es que sus eficiencias de eliminación de mercurio aún son bajas y no pueden reducir el nivel de mercurio a menos de 1 parte por billón”.
El equipo de investigadores de Soroush de Drexel y la Universidad de Temple ha explorado la síntesis y el uso de un MXene de carburo de titanio modificado en la superficie para la eliminación de mercurio. MXenes es una familia de nanomateriales bidimensionales que se descubrió hace más de una década y ha demostrado muchas propiedades excepcionales.
Carburo de titanio MXene
Para la eliminación de iones de mercurio, las ventajas del carburo de titanio MXene son su superficie cargada negativamente y la capacidad de ajuste y versatilidad de la química de su superficie, lo que lo hace atractivo para la eliminación de iones de metales pesados.
“Sabíamos que los materiales 2D, como el óxido de grafeno y el disulfuro de molibdeno, habían sido efectivos anteriormente en la eliminación de metales pesados de las aguas residuales mediante adsorción debido a sus funcionalidades/estructuras químicas que atraen iones metálicos”, dijo Soroush. “Los MXenes son un tipo de material similar, pero estimamos que el carburo de titanio MXene podría tener una capacidad de absorción mucho mayor que estos otros materiales, lo que lo convierte en un mejor absorbente para los iones de mercurio”.
Pero el equipo de Soroush necesitaba realizar un ajuste clave en la estructura química del carburo de titanio MXene para mejorar aún más el material para una de sus tareas más desafiantes.
“El mercurio se llama mercurio por una razón: es bastante evasivo una vez que se emite al medio ambiente, ya sea al quemar combustibles fósiles, minería, o incineración de desechos”, explicó Soroush. “Cambia rápidamente su forma química, aumentando su toxicidad y haciéndolo tremendamente difícil de eliminar de los cuerpos de agua donde inevitablemente se acumula. Entonces, para atraer iones de mercurio aún más rápido, necesitábamos modificar la superficie de las escamas de carburo de titanio MXene”.
Existe una atracción natural entre los iones de mercurio y la superficie MXene de carburo de titanio, ya que los iones metálicos tienen carga positiva y la superficie de los copos MXene tiene carga negativa. Sin embargo, para sacar los iones de mercurio del agua con más fuerza, el equipo necesitaba impulsar esta atracción.
Con este fin, trataron los copos de MXene con ácido cloroacético, un proceso llamado carboxilación, que proporciona al MXene grupos de ácido carboxílico fuertes y altamente móviles y aumenta la carga negativa de la superficie de los copos de MXene, mejorando la capacidad de los copos para atraer y retener iones de mercurio
Absorción más rápida de iones de mercurio
El resultado fue un nuevo material adsorbente llamado carburo de titanio carboxilado MXene, que demostró una captación de iones de mercurio más rápida y una mayor capacidad que todos los adsorbentes disponibles en el mercado.
“El carburo de titanio carboxilado MXene demostró ser muy superior al material absorbente que se usa actualmente para la eliminación de iones de mercurio”, dijo Soroush. “En un minuto pudo eliminar el 95 % de los iones de mercurio de una muestra de agua contaminada con una concentración de 50 partes por millón, lo que significa que podría ser lo suficientemente eficaz y eficiente para su uso en el tratamiento de aguas residuales a gran escala”.
En cinco minutos, el carburo de titanio MXene y el carburo de titanio carboxilado MXene eliminaron el 98 % de los iones de mercurio de una muestra de agua de 10 mililitros contaminada con iones de mercurio en concentraciones entre 1 y 1000 partes por millón.
“Esto indica que ambos [MXene] y [carboxylated MXene] son adsorbentes efectivos para eliminar los iones de mercurio de las aguas residuales debido a sus propiedades estructurales especiales y la alta densidad de grupos funcionales superficiales”, escribió el equipo en un papel publicado en el Diario de materiales peligrosos.
“Generalmente, el mecanismo de adsorción de los iones metálicos sigue dos pasos; al principio, los iones se adsorben rápidamente en los sitios activos disponibles y el proceso es rápido. La adsorción avanza más lentamente a medida que se llenan los sitios de adsorción y se requiere que los iones se difundan en los poros y la capa intermedia”.
