Ciencias

El mineral que se encuentra en los huesos humanos puede ayudar a combatir los compuestos orgánicos tóxicos

Las imágenes SEM revelan que, en comparación con las partículas empaquetadas libremente en HAp crudo, las HAps tratadas mecánicamente muestran grupos de partículas compactadas cuyo tamaño aumenta con el diámetro creciente de la esfera. El patrón I (300) / I (200) muestra que la adaptación de la superficie ocurre predominantemente en el plano c. Crédito: Takashi Shirai del Instituto de Tecnología de Nagoya

Uno de los males más prominentes de la rápida industrialización ha sido la emisión de contaminantes tóxicos a la biosfera circundante, con consecuencias que a menudo son desastrosas para los humanos. Varios procesos industriales, como la fabricación e impresión de productos químicos, junto con instalaciones como las centrales eléctricas, emiten compuestos orgánicos volátiles (COV) que se sabe que son cancerígenos y plantean un importante problema medioambiental que necesita una solución. Tradicionalmente, los COV se controlan mediante un proceso llamado oxidación catalítica, en el que se convierten en materiales benignos en presencia de nanopartículas de metales nobles (por ejemplo, oro, plata y platino). Sin embargo, el proceso es caro y requiere un ajuste fino de las características de las nanopartículas. Por tanto, es muy deseable un proceso catalítico que no requiera catalizadores de metales nobles. Aunque los metales de transición y sus óxidos son una posible alternativa, requieren síntesis complejas y un control preciso de la composición química.


Entonces, ¿podemos hacerlo mejor que eso? Resulta que podemos. Un equipo de científicos dirigido por el Prof. Takashi Shirai del Instituto de Tecnología de Nagoya (NITech), Japón, informó una descomposición catalítica completa de COV utilizando un compuesto inorgánico llamado hidroxiapatita (HAp), una forma natural de fosfato de calcio mineral que constituye la mayor parte de la estructura ósea humana. “El HAp está compuesto por elementos abundantes en la naturaleza, no es tóxico y presenta una alta biocompatibilidad. Nuestros resultados, por lo tanto, abrieron una nueva posibilidad para el diseño de catalizadores baratos y libres de metales nobles para el control de COV ”, dice el Prof. Shirai.

En un nuevo estudio publicado en Informes científicos, Prof. Shirai y su colega Yunzi Xin de NITech ahora van más allá adaptando la superficie activa de HAp mediante un tratamiento mecánico-químico en condiciones ambientales que conduce a un sistema altamente eficiente. oxidación catalítica de COV con una conversión del 100% en compuestos inocuos. Específicamente, mezclaron HAp inicial con bolas de cerámica en un recipiente y realizaron bola molienda a temperatura ambiente y presión ambiente. Esto esencialmente alteró la estructura química de HAp y permitió su adaptación selectiva, simplemente cambiando el tamaño de la pelota.

Profundamente en los huesos: el mineral que se encuentra en los huesos humanos puede ayudar a combatir los compuestos orgánicos tóxicos.

Los científicos investigaron el cambio en la estructura química de HAp después de la molienda de bolas a través de la caracterización XPS y concluyeron a partir de las observaciones que el proceso mecanoquímico crea defectos superficiales / vacantes de oxígeno predominantemente en el sitio PO43. Crédito: Takashi Shirai del Instituto de Tecnología de Nagoya

Usando diferentes tamaños de bola (3, 10 y 15 mm) para variar sistemáticamente la morfología, cristalinidad, defectos superficiales / vacancia de oxígeno, acidez / basicidad y afinidad VOC de HAps, los científicos llevaron a cabo su caracterización utilizando varias técnicas, como el escaneo. microscopio electronico, difracción de rayos X en polvo, espectrometría infrarroja por transformada de Fourier, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X, análisis de resonancia de espín electrónico, evaluación de acidez / basicidad superficial y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier de reflectancia difusa flujo de gas.

Observaron un predominio de la formación de vacantes de oxígeno en el sitio PO43- (PO4 de triple carga), junto con un aumento de la población del sitio base causado por una activación mecanoquímica selectiva del plano c (plano perpendicular al eje de simetría) del cristal hexagonal. HAp y lo atribuyó a la excelente conversión catalítica de COV en COdos/ CO.

Además, encontraron que los HAps tratados con bolas de 3 mm mostraban mayor actividad catalítica que los tratados con bolas de 10 y 15 mm, aunque las bolas más grandes causaban más defectos y basicidad. Al observar la absorción superficial de un COV, acetato de etilo, los científicos atribuyeron esta anomalía a la absorción inhibida de acetato de etilo en HAp tratado con bolas más grandes, lo que conduce a la supresión de la catálisis.

Profundamente en los huesos: el mineral que se encuentra en los huesos humanos puede ayudar a combatir los compuestos orgánicos tóxicos.

(a) muestra espectros de resonancia de espín electrónico in situ de HAp crudo y HAp tratado mecánicamente con bolas de 3 mm. (b) muestra el esquema de oxidación catalítica de VOC en la superficie adaptada mecánicamente de HAp. (c) muestra la conversión de CO2 / CO de COV a diferentes temperaturas a HAp crudo y prueba de descomposición cíclica de COV en HAp tratado con bolas de 3 mm. A partir de (a), (b) y (c), se indicó que, en comparación con el HAp crudo, todos los HAp activados comenzaron a descomponer los VOC a temperaturas más bajas. Crédito: Takashi Shirai del Instituto de Tecnología de Nagoya

Los resultados entusiasmaron a los científicos sobre las perspectivas futuras de HAps. “Esperamos que nuestro catalizador contribuya significativamente al control de COV y la limpieza ambiental en todo el mundo en la próxima década, logrando objetivos sostenibles de aire y agua limpios, energía asequible y acción climática”, comenta el Prof. Shirai.

De hecho, este es un gran paso hacia una sociedad más verde.


Los nuevos descubrimientos ayudan a diseñar un catalizador de óxido metálico altamente eficiente para la eliminación de ozono.


Mas informaciones:
Yunzi Xin et al, Noble hidroxiapatita libre de metales activada mediante un sencillo tratamiento mecanoquímico para la oxidación catalítica de alta eficiencia de compuestos orgánicos volátiles, Informes científicos (2021). DOI: 10.1038 / s41598-021-86992-8

Cita: Profundidad ósea: el mineral que se encuentra en los huesos humanos puede ayudar a combatir los compuestos orgánicos tóxicos (2021, 11 de mayo) recuperados el 11 de mayo de 2021 en https://phys.org/news/2021-05-bone-deep-mineral -human- bone -toxic.html

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