Nuovo design migliora la decontaminazione dell'acqua tramite getto di plasma

24 gennaio 2024

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dall'Università di Córdoba

Il plasma è un gas ionizzato, ovvero un gas contenente elettroni, ioni, atomi, molecole, radicali e fotoni. Si chiama spesso il quarto stato della materia e sorprendentemente permea tutto. I plasmi, che vengono generati artificialmente trasmettendo energia a un gas, si trovano nelle tubi fluorescenti che illuminano le cucine, ma hanno anche permesso ai telefoni cellulari di diventare sempre più piccoli.

Il plasma è stata una vera rivoluzione nel mondo della tecnologia. Prima, per incisione dei circuiti sulle piastre di silicio utilizzate nei dispositivi elettronici come i telefoni cellulari, era necessario utilizzare prodotti chimici inquinanti. Ora, l'uso del plasma ha reso possibile fare ciò in modo più pulito e preciso, consentendo di rendere sempre più piccole le fessure e con esse, i dispositivi.

Ma il plasma ha anche altre applicazioni, come il trattamento dell'acqua. I gruppi di Fisica dei Plasmi FQM-136 e Catalisi Organica e Materiali Nanostrutturati FQM-346 dell'Università di Córdoba hanno collaborato a uno studio di ricerca il cui obiettivo era l'eliminazione dei contaminanti presenti nell'acqua attraverso l'applicazione del plasma per promuovere processi chimici.

Lo studio è stato pubblicato nella rivista Chemosphere.

Con l'obiettivo di affrontare il problema della crescente presenza di inquinanti organici nelle acque, come coloranti e altri composti provenienti da attività agricole e industriali che destabilizzano gli ecosistemi, questi ricercatori hanno optato per l'applicazione del plasma.

Nel 2017 hanno dimostrato per la prima volta che i plasmi di argon indotti dalle microonde aperte all'aria, agendo sull'acqua, generavano in essa specie reattive contenenti ossigeno e azoto (come radicali ossidrilici, perossido idronoso, radicali azotati) capaci di decontaminarla.

Ora i ricercatori Juan Amaro Gahete, Francisco J. Romero Salguero e María C. García sono riusciti a progettare un reattore di questo tipo di plasma e ad aumentare significativamente le quantità di queste specie attive generate nell'acqua, permettendo così la distruzione di alte concentrazioni di coloranti (in questo caso, blu di metilene) in pochi minuti.

Questo è stato ottenuto modificando il design del surfatron, il dispositivo metallico che miscela l'energia di un generatore a microonde con il plasma per mantenerlo.

"Quello che abbiamo fatto è stato inserire un piccolo pezzo di silicio nel tubo di scarica di quarzo, consentendo la generazione di un plasma diverso, uno che non è filamentoso e che è più efficiente nella creazione di specie attive quando interagisce con l'acqua", ha spiegato il professore María C. García.

Le componenti del plasma menzionate, quando interagiscono con l'acqua, generano specie ossidanti capaci di degradare composti organici e uccidere microrganismi, il che permette di utilizzare questo reattore a plasma in applicazioni legate alla rimozione dell'acqua.

Questa nuova configurazione, quindi, espande l'applicabilità di questo tipo di plasma.

"Il design cambia completamente la configurazione del campo elettromagnetico generato dal surfatron per creare il plasma, risultando in un plasma con proprietà diverse e più efficiente, eliminando anche il problema della filamentazione (la divisione della colonna di plasma in molti filamenti), che la destabilizza", ha spiegato il professor García.

E poi... decontaminazione. "Le specie ossidanti generate per azione del plasma sono molto reattive e rendono possibile distruggere la materia organica all'interno dell'acqua", ha continuato il professor Francisco J. Romero.

Perché ciò avvenga, il plasma non viene introdotto nell'acqua. Piuttosto, agisce a distanza, in modo che tra l'acqua e il plasma ci sia una zona di aria in cui avvengono numerose reazioni a causa delle collisioni tra le specie eccitate e le molecole di ossigeno, azoto e vapore acqueo e vengono generate "specie reattive che diffondono nel liquido e finiscono con i contaminanti".

Il potenziale di decontaminazione di questo tipo di plasma, generato con questo nuovo design, "è stato testato per ridurre alte concentrazioni di colorante blu di metilene nell'acqua, con risultati molto efficienti in termini di energia, ottenendo l'eliminazione completa del colorante in tempi di trattamento ridotti", ha detto il ricercatore Juan Amaro.

Thus with this work, progress is made on one of the applications of plasma, that 'fourth state of matter' created by providing a stable gas with energy and converting it into an ionized gas, with this being applicable to almost everything: manufacturing microchips, disinfecting surfaces, healing wounds, depositing anti-reflective coatings on glasses, improving seed germination, recovering waste, activating the surface of plastics to achieve better paint adhesion, and countless other applications.

Journal information: Chemosphere

Provided by University of Córdoba