Microbot a base di grafene eliminano 95% metalli pesanti dall’acqua


    Immagine - Rappresentazione artistica di microrobot rivestito con il grafene per rimuovere il piombo dalle acque reflue. Credit: Vilela, et al. ©2016 American Chemical SocietyImmagine - Rappresentazione artistica di microrobot rivestito con il grafene per rimuovere il piombo dalle acque reflue. Credit: Vilela, et al. ©2016 American Chemical Society

    Un gruppo internazionale di ricercatori ha sviluppato un microbot a forma di tubo che permette di rimuovere i metalli pesanti dall’acqua in maniera più efficace ed economica rispetto agli attuali sistemi per la bonifica dell'ambiente. Il microbot si autoalimenta ed è rivestito da uno strato di grafene che fissa gli ioni del piombo con cui viene a contatto.

    I risultati sperimentali mostrano che attraverso tali minuscoli dispositivi è possibile rimuovere dall’acqua inquinata il 95% di piombo in un'ora, successivamente i microbot possono essere puliti e riutilizzati più volte.

    Video: i microbot in azione. Credit: Vilela, et al. ©2016 American Chemical Society

    L'inquinamento da metalli pesanti nell'ambito della produzione industriale

    Nell’ambito dei processi produttivi industriali la fuoriuscita dagli impianti di metalli pesanti come piombo, cadmio, mercurio e arsenico rappresenta un problema costante.

    I processi produttivi responsabili di generare livelli elevati di sottoprodotti tossici pericolosi per l’ambiente sono ad esempio la produzione di batterie e di tutti i componenti elettronici, l’estrazione mineraria, la galvanizzazione ecc.

    I ricercatori del Max-Planck Institute for Intelligent Systems (Germania) si sono concentrati inizialmente sulla rimozione del piombo, dato che tale metallo è uno dei principali inquinanti delle acque reflue degli impianti industriali che producono batterie.

    Ma i microbot sono in grado di rimuovere dall’acqua anche altri metalli. «Ogni metallo dell'agente inquinante ha diverse affinità con questo nanomateriale», scrive il dott. Samuel Sanchez uno degli autori dello studio e ricercatore presso il Max-Planck Institute e l’IBEC (Institute for Bioengineering of Catalonia), Spagna. «Questi microbot potrebbero rimuovere tutti i contaminanti che il grafene è in grado di assorbire».

    Come è fatto il microbot?

    I microbot hanno tre strati funzionali.

    1) Il primo strato (esterno) è costituito da ossido di grafene.

    2) Lo strato intermedio è costituito da nichel, tale metallo fornisce ai microbot proprietà ferromagnetiche; grazie a questo strato tali microdispositivi possono essere controllati attraverso un campo magnetico esterno.

    3) Il terzo strato più interno è fatto di platino.

    La propulsione dei microbot 

    La propulsione dei microdispositivi avviene aggiungendo del perossido di idrogeno (noto anche come acqua ossigenata) all'acqua: il platino contenuto nei microbot decompone il perossido di idrogeno in microbolle d’acqua e ossigeno che vengono espulse dalla parte posteriore dei microbot. In questo modo i microbot ottengono una spinta in avanti.

    L'acqua viene continuamente analizzata utilizzando dispositivi di analisi esterni. Non appena il livello di contaminazione smette di diminuire i microbot hanno raggiunto il pieno carico, i microbot vengono rimossi dall’acqua attraverso un campo magnetico.

    Per rimuovere il piombo (che può essere riutilizzato), i microbot vengono trattati con una soluzione acida. «Nel nostro studio sono stati utilizzati diversi metodi senza impiegare composti organici, si è agito quindi sulla diminuzione della temperatura», ha dichiarato Sanchez. «L'opzione migliore è stata quella di adoperare una soluzione acida da neutralizzare successivamente».

    Secondo Sanchez, lo strato di grafene non è davvero influenzato dal processo di decontaminazione e dal recupero del piombo, quindi i tubi possono essere riutilizzati fino a quando non iniziano a mostrare segni di usura, potenzialmente quindi possono durano mesi.

    Come è stato condotto lo studio

    Per lo studio, i ricercatori hanno impiegato circa 400.000 microbot/ml per i livelli di 1000 parti per miliardo di piombo in 3 ml di acqua per ottenere la rimozione di oltre il 95% di piombo. «La contaminazione determina la quantità di microbot», scrive Sanchez. «Se l'acqua ha un livello di contaminazione più basso potremmo utilizzare una quantità inferiore di microbot.»

    Applicazioni pratiche

    In futuro sciami di questi dispositivi immersi in acqua potrebbero venir controllati e guidati da un dispositivo intelligente attraverso un campo magnetico per portare a termine le attività di bonifica.

    Lo sviluppo di questa tecnologia potrebbe rappresentare in futuro un utile strumento per bonificare le acque reflue dai metalli pesanti. Attualmente però l’utilizzo di microbot in natura rappresenta ancora una sfida complessa e i risultati migliori possono essere ottenuti trattando delle aree contenute come i serbatoi delle acque reflue.

    Riferimento:

    Diana Vilela, et al. "Graphene-Based Microbots for Toxic Heavy Metal Removal and Recovery from Water." Nano Letters. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00768



    Newsletter

    Resta informato con le nostre notizie periodicamente

    Cliccando sul pulsante iscriviti acconsenti al trattamento dei tuoi dati. La tua email non verrà MAI ceduta a nessuno!