Científicos de Rusia, desarrollan aerogeles compuestos de grafeno para una purificación eficaz del agua
Moscú, Rusia, Eurasia.- En los últimos años ha aumentado significativamente el interés por la investigación sobre el uso de materiales nanoestructurados basados en grafeno en procesos de sorción. Particularmente relevantes son las cuestiones de la síntesis de hidrogeles y aerogeles de grafeno con alta superficie específica y porosidad mediante tratamiento hidrotermal/supercrítico de dispersiones acuosas u orgánicas de óxido de grafeno.
Empleados del laboratorio de métodos de sorción del Instituto de Geoquímica y Química Analítica que lleva su nombre. Academia Rusa de Ciencias V.I. Vernadsky (GEOKHI RAS) junto con colegas de la Universidad Estatal de Moscú. M. V. Lomonosov ha desarrollado una tecnología para producir materiales de sorción eficaces basados en estructuras de grafeno modificadas utilizando reactivos accesibles y respetuosos con el medio ambiente. Los resultados del estudio fueron publicados en la revista Chemical Physics (Neskoromnaya et al., 2023).
Utilizando métodos de secado en isopropanol supercrítico se sintetizó un aerogel altamente poroso modificado con nanopartículas de óxido de hierro con una superficie específica de 670 m2/g. Durante la adsorción de una amplia gama de iones metálicos a partir de soluciones débilmente ácidas de composición compleja, se demostró la posibilidad de una extracción compleja eficaz de elementos de tierras raras mediante el aerogel sintetizado.
Se utilizó cloruro de hierro (III) disponible como material de partida para la producción de nanopartículas de óxido de hierro. Mezclando soluciones de acetato de hierro con una dispersión de óxido de grafeno con reducción adicional de hidróxidos de hierro a óxidos y óxido de grafeno a grafeno con ácido ascórbico, se obtuvo una estructura de hidrogel estable.
Se ha descubierto que las nanopartículas de hierro están presentes en la estructura del aerogel en forma de fases de óxido ferromagnético: γ-Fe2O3 y Fe3O4. Se muestra que las partículas están distribuidas uniformemente en la matriz de carbono del aerogel; el tamaño promedio de las nanopartículas de óxido de hierro identificadas no supera los 100 nm. Se confirmó la reducción de óxido de grafeno durante el proceso de síntesis, así como la presencia de óxidos de hierro en la estructura del aerogel en supuestas formas ferromagnéticas. Utilizando el método de adsorción/desorción de nitrógeno, se estableció que la estructura del aerogel está representada principalmente por microporos. La superficie específica del aerogel sintetizado fue de 670 m2/g.
Durante la adsorción de una amplia gama de iones metálicos a partir de soluciones de matriz débilmente ácidas de composición compleja, se demostró la posibilidad de una extracción selectiva compleja de elementos de tierras raras mediante el aerogel sintetizado. El grado total de extracción de los componentes objetivo supera el 80% y, para algunos actínidos, el 95%, mientras que el grado total de extracción de los elementos alcalinotérreos de la matriz es aproximadamente el 10%.
El trabajo se llevó a cabo con el apoyo financiero de la Fundación Científica Rusa.
