IMAGEN: Un proceso químico simple desarrollado en la Universidad de Rice crea aerogeles livianos y altamente absorbentes basados en estructuras orgánicas covalentes para la remediación ambiental o como membranas para baterías y otras aplicaciones. para ver más
Crédito: Jeff Fitlow / Rice University
HOUSTON – (8 de junio de 2021) – Un proceso químico simple desarrollado en la Universidad de Rice crea aerogeles livianos y altamente absorbentes que pueden recibir una paliza.
Las estructuras orgánicas covalentes (COF), estructuras cristalinas con fuertes enlaces moleculares, pueden formar un aerogel poroso para usar como membrana personalizada en baterías u otros dispositivos o como absorbente para eliminar contaminantes del medio ambiente.
Los COF convencionales suelen ser polvos. El ingeniero químico y biomolecular Rafael Verduzco, los autores principales y estudiantes graduados de Rice Dongyang Zhu y Yifan Zhu y sus colegas de la Escuela de Ingeniería de Brown’s Rice han descubierto una manera de sintetizar aerogeles de COF que se pueden fabricar en cualquier forma y tamaño. por la reacción de la cámara.
El proceso reportado en la Química de Materiales de la Sociedad Química Estadounidense emplea monómeros COF, un solvente y un catalizador. Cuando se mezclan y se calientan a 80 grados Celsius (176 grados Fahrenheit), forman un gel uniforme. El lavado y secado del gel para eliminar el solvente deja detrás el aerogel en forma de andamio con poros entre 20 y 100 micrones.
«La gran ventaja de los polímeros es que se pueden disolver en un solvente, se pueden aplicar en aerosol, centrifugar y sumergir, y son fáciles y económicos de trabajar», dijo Verduzco. «Pero los COF no lo son. Son un polvo insoluble y difícil de hacer cualquier cosa, pero son realmente prometedores para las aplicaciones porque puede diseñarlos o diseñarlos casi de la forma que desee a nivel molecular. Son como bloques de Lego y puede elegir las formas, tamaños y características moleculares que le gustaría incluir en el material final.
«Estábamos buscando formas de hacer que los COF fueran más fáciles de trabajar, más como polímeros, y descubrimos que, en condiciones de reacción específicas, formarían un gel», dijo. «Cuando extrae el solvente, obtiene una espuma muy ligera o aerogel».
Verduzco dijo que los aerogeles de COF podrían ser una valiosa adición a los sorbentes industriales que ahora se usan para la remediación porque sus estructuras porosas se pueden personalizar.
El laboratorio formuló seis aerogeles y descubrió que sus propiedades de remediación con varios tintes, aceites y nanopartículas de oro eran mucho mejores y más rápidas que los polvos COF. En una prueba con vapor de yodo, producto de la fisión nuclear, el aerogel absorbió 7,7 gramos de yodo por gramo de aerogel, significativamente mejor que un polvo de COF del mismo material.
Los investigadores encontraron que los aerogeles se pueden lavar y reutilizar al menos 10 veces sin deformarse. «Son muy blandos, pero puedes aplastarlos con la mano y vuelven», dijo Verduzco.
Él ve un potencial aún mayor para los COF como membranas para separar componentes en baterías avanzadas, el tema de un artículo de revisión reciente dirigido por Dongyang Zhu en Materiales funcionales avanzados.
También pueden imitar membranas biológicas. «Nadie ha descubierto cómo separar de manera eficiente una mezcla de iones o moléculas que tienen aproximadamente el mismo tamaño y forma, pero con esta clase de materiales, podemos controlar con precisión el tamaño y la forma de los poros», dijo Verduzco.
«Las membranas biológicas separan los iones del mismo tamaño y se cargan a través de pequeños cambios en la funcionalidad de los poros que unen preferentemente un ion sobre el otro», dijo. «Creo que podemos empezar a fabricar materiales sintéticos con propiedades similares».
El laboratorio está desarrollando una biblioteca de aerogeles COF para pruebas de aplicación. «Hay mucho que explorar aquí», dijo Verduzco.
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Los coautores del artículo son el estudiante graduado de Rice Qianqian Yan, los estudiantes graduados Morgan Barnes, Fangxin Liu, Nicholas Tjahjono, Po-Chun Huang y Chia-Ping Tseng, el investigador postdoctoral Pingfeng Yu, el científico investigador Muhammad Rahman, el profesor adjunto Eilaf Egap y el adjunto el profesor Eilaf Egap y Ajayan, presidente del Departamento de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería, el profesor Benjamin M. y Mary Greenwood Anderson en Ingeniería, y profesor de química. Verduzco es profesor de ingeniería química y biomolecular y de ciencia de materiales y nanoingeniería.
El Laboratorio de Investigación del Ejército y la Fundación Welch para la Investigación Química apoyaron la investigación.
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Materiales relacionados:
Estructuras orgánicas covalentes para baterías: https: /
Laboratorio Verduzco: http: // verduzcolab.
Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular: https: /
Departamento de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería: https: /
Escuela de Ingeniería George R. Brown: https: /
Video:
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Un aerogel basado en una estructura orgánica covalente absorbe selectivamente el cloroformo teñido de rojo del agua. (Cortesía del Laboratorio Verduzco / Universidad Rice)
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Un proceso químico simple desarrollado en la Universidad de Rice crea aerogeles livianos y altamente absorbentes basados en estructuras orgánicas covalentes para la remediación ambiental o como membranas para baterías y otras aplicaciones. (Crédito: Jeff Fitlow / Rice University)
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El estudiante graduado de Rice Dongyang Zhu sostiene un aerogel fabricado mediante un proceso químico simple y destinado a la remediación ambiental o como membranas para baterías y otras aplicaciones. (Crédito: Jeff Fitlow / Rice University)
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El ingeniero químico y biomolecular de la Universidad de Rice, Rafael Verduzco, a la izquierda, y el estudiante de posgrado Dongyang Zhu revisan un aerogel, una estructura orgánica covalente porosa y liviana capaz de absorber contaminantes ambientales o servir como membranas en baterías u otras aplicaciones. (Crédito: Jeff Fitlow / Rice University)
Ubicada en un campus forestal de 300 acres en Houston, Rice University está constantemente clasificada entre las 20 mejores universidades de la nación por US News & World Report. Rice tiene escuelas muy respetadas en Arquitectura, Negocios, Estudios Continuos, Ingeniería, Humanidades, Música, Ciencias Naturales y Ciencias Sociales y es la sede del Instituto Baker de Políticas Públicas. Con 3978 estudiantes universitarios y 3192 estudiantes graduados, la proporción de estudiantes universitarios por docente de Rice es de poco menos de 6 a 1. Su sistema de colegios residenciales construye comunidades unidas y amistades duraderas, solo una de las razones por las que Rice ocupa el puesto número 1 en una gran cantidad de interacción raza / clase y No. 1 en calidad de vida por Princeton Review. Rice también está calificada como la de mejor valor entre las universidades privadas por Finanzas Personales de Kiplinger.
