Inquinamento delle acque: le spugne magiche di Tor Vergata

Un nuovo materiale composto di nanotubi di carbonio che trova impiego principalmente nella purificazione delle acque: "spugne magiche" prodotte a partire da materiali a basso costo e facilmente reperibili capaci di assorbire una quantità di olio pari a 150 volte il suo stesso peso iniziale. Realizzate in Italia dai ricercatori di Tor Vergata, Dipartimento di Fisica, le micro-spugne ultra-leggere galleggiano sull'acqua inquinata e grazie alle loro proprietà magnetiche sono direzionabili a distanza. Al fine di eliminare gli inquinanti la spugna viene strizzata o bruciata per essere utilizzata un numero infinito di volte. Infine, possiede eccezionali capacità elastiche: è in grado di essere compressa fino al 75% della sua lunghezza iniziale e di tornare esattamente alla sua forma una volta che la compressione è cessata.

«La spugna può essere pensata come una matassa formata da milioni e milioni di nanotubi intrecciati dove circa il 90% del suo volume è costituito dagli spazi vuoti tra i nanotubi stessi, il che le conferisce una straordinaria leggerezza - racconta Maurizio De Crescenzi, professore di Struttura della materia e coordinatore del gruppo di Ricerca del Dipartimento di Fisica dell'Università Roma Tor Vergata -. Grazie a questa sua particolare struttura, la spugna risulta super-idrofobica, dunque repelle completamente l'acqua, ma al tempo stesso è capace di assorbire efficacemente gli eventuali inquinanti disciolti in essa immagazzinandoli negli spazi vuoti»
La spugna ha le dimensioni di una moneta da 20 centesimi di euro e pesa soltanto 1,5 mg (ossia circa 4000 volte più leggera della moneta stessa), galleggia sull'acqua inquinata ed è capace di assorbire una quantità di olio pari a 150 volte il suo stesso peso iniziale. Inoltre, grazie alla presenza all'interno dei nanotubi del catalizzatore metallico usato durante il processo di sintesi, questa nuova spugna "intelligente" possiede anche spiccate proprietà magnetiche, che possono essere sfruttate per guidarla sulla superficie dell'acqua con una calamita, senza alcun contatto diretto, fino a raggiungere le chiazze di olio.
Ciò che più sorprende è che, una volta satura, l'olio può essere rimosso dalla spugna, semplicemente strizzandola o bruciandola. In entrambi i casi, ad ogni modo, la spugna viene completamente rigenerata e può essere altresì riutilizzata per un numero elevato di volte. Durante la combustione, infatti, soltanto l'olio viene eliminato mentre i nanotubi di carbonio restano completamente inalterati, grazie alla loro elevata inerzia termico-chimica. «Le spugne "intelligenti" - osserva il dott. Luca Camilli, che in particolare ha condotto questi esperimenti, non solo sono capaci di separare elementi non miscibili in acqua, l'esempio dell'olio appena descritto, ma anche di assorbire selettivamente solventi tossici miscibili in acqua».
Per dimostrarlo, i ricercatori del Dipartimento di Fisica hanno effettuato degli esperimenti dissolvendo in acqua il diclorobenzene, un elemento altamente tossico spesso usato nell'industrie farmaceutiche, chimiche e nei diserbanti difficilmente degradabile in natura. Anche in questo caso, la spugna di nanotubi riesce a rimuovere selettivamente questo agente tossico dall'acqua - circa il 50% - risultando quindi competitivo con altri agenti filtranti presenti oggi in commercio.
Il nuovo materiale composto di nanotubi di carbonio non trova impiego solamente nella purificazione delle acque ma può essere utilizzato anche come sensore di posizione. Sfruttando le eccezionali proprietà meccaniche e di trasporto elettrico dei nanotubi, gli stessi ricercatori hanno dimostrato che la spugna viene usata come sensore di sforzo (vedi l'articolo Pressure-dependent electrical conductivity of freestanding three-dimensional carbon nanotube network, pubblicato sulla rivista internazionale "Applied Physics Letters").
La spugna di nanotubi di carbonio può essere descritta come formata da una grande matassa costituita da lunghi nano-fili conduttivi e interconnessi tra loro. Comprimendo la spugna i vuoti tra i nanotubi risultano fortemente diminuiti (proprio come avviene nelle spugne naturali) e il numero di contatti tra i diversi nanotubi risulta dunque fortemente aumentato. In questo modo la nano-spugna può essere compressa fino al 75% della sua originale dimensione, mostrando un consistente aumento di conduzione elettrica. Cessata la compressione, la spugna riacquista le sue dimensioni originali e anche la sua conduzione, cosicché può essere utilizzata un numero infinito di volte.
Infine, ma non in ultimo, la produzione di questo materiale "multifunzionale" è stata realizzata in Italia attraverso un processo chimico-fisico di sintesi partendo da materiali a basso costo e facilmente reperibili, il che, unito all'elevata efficienza di sintesi - le spugne crescono di 4-5 millimetri per ora - rende il processo facilmente scalabile anche a livello industriale.

Roma, 31 maggio 2013

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