Química medioambiental - Nanopartículas para eliminar gases nocivos en espacios cerrados

Nanopartículas de óxido de titanio. (Foto: Universidades de Cádiz, Aveiro y Bratislava / Fundación Descubre)

Unos científicos han desarrollado nanopartículas que absorben gases contaminantes en espacios cerrados. Al recibir luz, las nanopartículas degradan gases nocivos para la salud que hayan podido entrar del exterior, como por ejemplo los derivados de la combustión en vehículos. Los resultados de los experimentos muestran que estas nanopartículas limpian eficientemente el aire y se podrían emplear, por ejemplo, en la pintura que cubre las paredes dentro de edificios. De este modo, tales espacios cerrados tenderían a disponer de un aire más limpio.

Este avance tecnológico es obra de un equipo de investigación internacional de las Universidades de Cádiz (España), Aveiro (Portugal) y Bratislava (Eslovaquia).

La labor de los científicos del grupo Estructuras y Química de Nanomateriales de la Universidad de Cádiz se centró en establecer la estructura de las nanopartículas y estudiar su capacidad para reducir los efectos adversos para la salud de tres gases nocivos: el benceno, el isopropanol y los óxidos de nitrógeno. “El material resultante tiene forma de polvo y funciona mediante un proceso similar a la fotosíntesis. De igual forma que una planta atrapa el CO2 para generar nutrientes, las nanopartículas se activan con la luz, absorben los gases nocivos y los transforman en inofensivos”, explica a la Fundación Descubre Luc Lajaunie, investigador de la Universidad de Cádiz.

El equipo expone los detalles de su avance técnico en la revista académica Chemical Engineering Journal, bajo el título “Graphene-TiO2 hybrids for photocatalytic aided removal of VOCs and nitrogen oxides from outdoor environment”.

Los investigadores estudiaron las nanopartículas para comprender mejor sus cualidades químicas a través de un microscopio único en España, que puede realizar varios tipos de análisis al mismo tiempo. Con él, además de tomar imágenes muy detalladas de las partículas, los expertos comprobaron cómo estas reaccionaban físicamente con la interacción de la luz y los gases nocivos, o cuánto tiempo tardaban en reducir sus efectos, entre otras cuestiones.

Estas partículas están compuestas por láminas de grafeno y esferas de óxido de titanio, tan diminutas que presentan el mismo aspecto que el polvo. El primero es una lámina de carbono muy fina caracterizada por su ligereza y resistencia y que se emplea actualmente para desarrollar componentes como cables o pantallas en la industria tecnológica. Por otro lado, el óxido de titanio es un compuesto químico presente en los cosméticos, esmaltes, pinturas o plásticos, entre otros materiales de uso diario. Además, posee una cualidad que ‘filtra’ elementos nocivos en el agua y el aire. “Al estudiar las cualidades químicas de cada material, comprobamos que el grafeno potencia las propiedades ‘limpiadoras’ del óxido de titanio”, comenta Luc Lajaunie.


Para elaborar las nanopartículas, los expertos emplearon concentraciones de grafeno de 5 nanómetros, el mismo tamaño de la punta de un cabello, y 20 nanómetros de óxido de titanio, equivalente a lo que mide una mota de polvo.

Así, los expertos probaron la acción de las nanopartículas en un entorno simulado. Primero las colocaron en un reactor, una máquina cilíndrica de acero inoxidable con una ventana de cristal sellado cuya función era permitir la entrada de una luz artificial, que reproducía la solar. Además, los científicos colocaron luces LED en el interior para que el ambiente fuera parecido al de una habitación interior. Luego, liberaron los gases nocivos que desprende la combustión de vehículos: óxidos de nitrógeno, isopropanol y benceno. De este modo, los expertos analizaron y comprobaron cuánto tiempo tardaban estos en reducirse y con qué concentración de nanopartículas se daba el mejor rendimiento de degradación.

Actualmente, este equipo de investigación internacional centra su labor en dos cuestiones. Por un lado, la combinación de estas nanopartículas de grafeno y óxido de titanio con otros materiales para que su aplicación sea más sencilla. Por otro lado, los científicos analizan cómo emplear la luz solar para generar energías limpias y materiales alternativos para producir hidrógeno verde, es decir, un hidrógeno que se produce a partir de energías renovables y que al quemarse sólo produce vapor de agua en vez de los habituales gases efecto invernadero. 

Fuente: Fundación Descubre