Capa ácida en nanotubos de carbono de pared simple

Los procesos de purificación efectivos que separan las impurezas del aire y el agua son esenciales para sustentar la vida en la Tierra. Con este fin, los materiales de carbono se han utilizado durante mucho tiempo para desodorizar, separar y eliminar las impurezas aniónicas dañinas por adsorción. Hasta ahora, el mecanismo detallado por el cual el carbono purifica el agua sigue siendo un misterio. Además, no se sabe si la solución acuosa adsorbida sobre el material de carbono es ácida, alcalina o neutra. Para abordar estas brechas, los investigadores dirigidos por el Dr. Takahiro Ohkubo, profesor asistente en el Departamento de Química de la Facultad de Ciencias Naturales y Tecnología de la Universidad de Okayama, Japón, investigaron el mecanismo fundamental por el cual los aniones son adsorbidos por los nanoporos de carbono.

en El último artículo estuvo disponible en línea el 16 de septiembre de 2022 y se publicó en el Volumen 629 Parte B de Revista de ciencias de interfase y coloidesY el Los investigadores informaron que utilizaron instrumentos espectroscópicos Raman para examinar la adsorción de iones de nitrato por los poros cilíndricos de los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT). El Dr. Okubo y sus colegas lograron descifrar el mecanismo de formación de la capa ácida cerca de las paredes de los poros. Resulta que cuando una solución acuosa que contiene iones de carbono penetra en la sustancia, incluso si la solución acuosa es neutra, se forma una capa acuosa ácida que contiene protones que mantienen un estado estable. Al comentar sobre la novedad y la naturaleza esencial de su trabajo, el Dr. Okubo declaró: “Hasta el momento, no ha habido informes que demuestren la presencia de capas de adsorción ácidas formadas dentro de nanotubos de materiales de carbono.. «

El equipo de investigación, que también incluía al Dr. Nobuyuki Takeyasu, profesor asociado de la misma facultad en la Universidad de Okayama, descubrió que la capa ácida facilita la adsorción efectiva de impurezas de nitrato cargadas negativamente, siendo la cantidad adsorbida de iones de nitrato mucho mayor que eso. de cationes o grupos cargados positivamente. Además, los iones de hidróxido se generan como contraiones. Los aniones en la solución a granel se intercambian con iones de hidróxido en SWCNT, lo que hace que la solución acuosa sea alcalina. El equipo examinó la adsorción de aniones utilizando varios nitratos de metales alcalinos, incluidas las soluciones de nitrato de litio, nitrato de sodio, nitrato de rubidio y nitrato de cesio. Descubrieron que se absorben más iones de nitrato que iones metálicos. La cantidad de captación de protones fue aproximadamente la misma independientemente del tipo de ion de metal alcalino utilizado. El Dr. Ohkubo señala: «La capa ácida en los poros puede absorber fuertemente especies de aniones de nitrato debido tanto al fuerte confinamiento por los poros como a la fuerte interacción entre la capa y el anión.. «

De hecho, los resultados son pasos importantes hacia el diseño y desarrollo de nanotubos de carbono adecuados para la adsorción de iones y la purificación de agua y aire. El mecanismo de purificación descrito en este trabajo es un nuevo paradigma que explica la alcalinidad del medio acuoso, que hasta ahora ha sido un misterio. Los investigadores señalan que los resultados de su estudio sugieren fuertemente la necesidad de neutralizar el agua antes de usarla cuando los materiales carbonosos atrapan impurezas iónicas. Otra contribución notable de este estudio es la demostración de que la interfaz de nanomateriales es un nuevo dominio de reacción química, que podría servir de guía para futuros experimentos. En conjunto, este trabajo lleva nuestra comprensión del mecanismo de adsorción de aniones de carbono al siguiente nivel, dando paso a nuevos nanotubos de carbono como purificadores eficientes.

Acerca de la Universidad de Okayama, Japón

Como una de las universidades líderes en Japón, la Universidad de Okayama tiene como objetivo establecer y establecer un nuevo modelo para el desarrollo sostenible en el mundo. La Universidad de Okayama ofrece una amplia gama de campos académicos, que se han convertido en la base de sus escuelas de posgrado integradas. Esto no solo nos permite realizar las investigaciones más recientes y avanzadas, sino que también proporciona una experiencia de aprendizaje enriquecedora.

sitio web: https://www.okayama-u.ac.jp/index_e.html

Perfil del Profesor Asociado Takahiro Okubo de la Universidad de Okayama, Japón

El Dr. Takahiro Ohkubo es Profesor Asociado en el Departamento de Química de la Escuela de Graduados en Ciencias Naturales y Tecnología de la Universidad de Okayama. Participa en investigaciones activas sobre temas que incluyen la estructura y las propiedades de los sistemas nanoconfinados, las nanoestructuras (grupos y partículas pequeñas), los materiales porosos, las ciencias de la superficie y los materiales a base de carbono. El Dr. Okubo ha recibido muchos premios en su carrera académica, incluido el «Premio a la mejor contribución a la educación, Facultad de Ciencias, Universidad de Okayama» (2017) y el «Premio al investigador joven 2012 del Departamento de química de interfaces y coloides de la Sociedad Química de Japón (2012). )”. Es autor de más de 100 artículos que han contribuido significativamente a su campo de investigación.