Les buckyballs traités éliminent non seulement les particules métalliques précieuses mais potentiellement toxiques de l'eau et d'autres liquides, mais aussi les réserver pour une utilisation future, selon les scientifiques de l'Université Rice.

Le laboratoire Rice du chimiste Andrew Barron a découvert que les fullerènes de carbone 60 (alias buckyballs) qui sont passés par le processus chimique connu sous le nom d'hydroxylation peuvent s'agréger en chaînes ressemblant à des perles lorsqu'ils se lient et séparent les métaux - certains mieux que d'autres - des solutions . Les utilisations potentielles du procédé comprennent l'élimination écologique des métaux des fluides de drainage minier acides, un déchet de l'industrie du charbon, ainsi que des fluides utilisés pour la fracturation hydraulique dans la production de pétrole et de gaz.

Barron a déclaré que les buckyballs traités manipulaient des métaux avec des charges différentes de manière inattendue, ce qui peut permettre d'extraire des métaux spécifiques de fluides complexes tout en ignorant les autres.

L'étude dirigée par Jessica Heimann, premier cycle de Rice, est parue dans le journal de la Royal Society of Chemistry Opérations Dalton .

Des recherches antérieures dans le laboratoire de Barron avaient montré que les fullerènes hydroxylés (appelés fullerénols) se combinaient avec des ions fer pour former un polymère insoluble. Heimann et ses collègues ont mené une série d'expériences pour explorer la capacité de liaison relative des fullerénols à une gamme de métaux.

"C'est très bien de dire que je peux sortir des métaux de l'eau, mais pour les fluides plus complexes, le problème est de retirer ceux que vous voulez réellement, " dit Barron. " Déchets miniers acides, par exemple, contient de grandes quantités de fer et d'aluminium et de petites quantités de nickel, de zinc et de cuivre, ceux que vous voulez. Pour être franc, le fer et l'aluminium ne sont pas les pires métaux à avoir dans votre eau, parce qu'ils sont dans l'eau naturelle, De toute façon.

« Donc, notre objectif était de voir s'il y avait une préférence entre différents types de métal, et nous en avons trouvé un. Alors la question était :pourquoi ?

La réponse était dans les ions. Un atome ou une molécule avec plus ou moins d'électrons que de protons est un ion, avec une charge positive ou négative. Tous les métaux testés par le laboratoire Rice étaient positifs, avec 2 ou 3 charges plus.

"Normalement, plus le métal est gros, mieux il sépare, " Barron a dit, mais les expériences ont prouvé le contraire. Plus de deux métaux avec un rayon ionique plus petit se lient mieux que les plus gros. (De celles, zinc lié le plus étroitement.) Mais pour les ions 3 et plus, grand fonctionnait mieux que petit.

"C'est vraiment bizarre, " a déclaré Barron. "Le fait qu'il existe des tendances diamétralement opposées pour les métaux avec une charge de 2 et plus et les métaux avec une charge de 3 et plus rend cela intéressant. Le résultat est que nous devrions pouvoir séparer préférentiellement les métaux que nous voulons. »

Les expériences ont montré que les fullerénols combinés avec une douzaine de métaux, les transformer en polymères réticulés solides. Par ordre d'efficacité et en commençant par les meilleurs, les métaux étaient du zinc, cobalt, manganèse, nickel, lanthane, néodyme, cadmium, le cuivre, argent, calcium, fer et aluminium.

La référence "perle" n'est pas loin d'être littérale, l'une des inspirations de l'article était le fait que les ions métalliques sont des agents de réticulation pour les protéines qui confèrent à certaines moules marines une capacité étonnante à adhérer aux roches humides.

Heimann, un sénior, a commencé le projet avant de passer un semestre dans l'institution sœur de Rice en Allemagne, Université Jacobs. « J'ai d'abord travaillé avec des nanotubes de carbone, les oxyder pour voir comment ils lieraient les métaux, et puis je suis parti à l'étranger, " dit-elle. Au moment où elle est revenue, Barron était prêt à essayer le C-60. « Venant de Rice et de son histoire avec les buckyballs, Je pensais que ce serait vraiment cool, " a déclaré Heimann.

"J'ai aimé pouvoir voir l'objectif final de fabriquer un filtre qui pourrait être utilisé pour traiter l'eau contaminée, " elle a dit.

Barron a déclaré que les fullerénols agissent comme des agents chélates, qui déterminent comment les ions et les molécules se lient aux ions métalliques. Des expériences avec divers métaux ont montré les fullerénols liés à eux en moins d'une minute, après quoi les solides combinés pourraient être filtrés.

Barron a dit que les choix de l'aluminium, le zinc et le nickel à tester étaient dus à leur coprésence avec le fer dans les eaux de drainage minier acides. De la même manière, le cadmium a été testé pour son association avec les engrais et les boues d'épuration et le cuivre avec les rejets miniers. Nickel, le lanthane et le néodyme sont utilisés dans les batteries et les moteurs d'entraînement des véhicules hybrides.

Barron a déclaré que la recherche montre la polyvalence du buckyball, découvert à Rice en 1985 par le prix Nobel Rick Smalley, Robert Curl et Harold Kroto. Il montre également la voie à suivre. « La compréhension que nous avons maintenant nous permet de trouver des alternatives aux C-60 pour concevoir des moyens de séparer les métaux plus efficacement, " il a dit.