Рисовая лаборатория химика Эндрю Баррона обнаружила, что углерод 60 фуллеренов (иначе бакиболы), которые прошли химический процесс, известный как совокупность гидроксилирования в подобные жемчугу последовательности, поскольку они связывают с и отдельные металлы – некоторые лучше, чем другие – из решений. Потенциальное использование процесса включает безвредное для окружающей среды удаление металлов от кислоты, добывающей жидкости дренажа, ненужный продукт угольной промышленности, а также от жидкостей, используемых для гидроразрыва в производстве нефти и газа.Химик Rice Эндрю Баррон, оставленный, и студент бакалавриата Джессика Хеиман, привел проект, в котором углероде 60 молекул, иначе бакиболы, рассматривали, чтобы позволить им удалять ценные но потенциально токсичные металлы из воды и других жидкостей.
Фотография Джеффа ФитлоуБаррон сказал, что рассматриваемые бакиболы обращались с металлами с различными обвинениями неожиданными способами, которые могут позволить вынуть определенные металлы из сложных жидкостей, игнорируя других.Исследование во главе со студентом Райса Джессикой Хеиман появилось в журнале Royal Society of Chemistry Сделки Далтона.Предыдущее исследование в лаборатории Баррона показало что hydroxylated фуллерены (известный как fullerenols) объединенный с железными ионами, чтобы сформировать нерастворимый полимер.
Хайман и коллеги провели ряд экспериментов, чтобы исследовать относительную обязательную способность fullerenols к диапазону металлов.«Это очень хорошо, чтобы сказать, что я могу вынуть металлы из воды, но для более сложных жидкостей, проблема состоит в том, чтобы вынуть тех, Вы на самом деле хотите», сказал Баррон. «У отходов добычи кислоты, например, есть большие количества железа и алюминиевые и небольшие количества никеля и цинка и меди, те Вы хотите.
Чтобы быть откровенными, железо и алюминий не худшие металлы, чтобы иметь в Вашей воде, потому что они находятся в природной воде, так или иначе.«Таким образом, наша цель состояла в том, чтобы видеть, есть ли предпочтение между различными типами металла, и мы нашли тот. Тогда вопрос был: Почему?»Изображение просвечивающего электронного микроскопа показывает соединенные «нитки жемчуга», которые формируются когда hydroxylated углерод 60 перекрестных связей молекул с металлами – в этом случае, железо и никель – в решении.
Исследование предполагает, что может быть возможно использовать технику, чтобы удалить определенные металлические молекулы из решений. Шкала составляет 50 миллимикронов.
Любезность Barron Research GroupОтвет был в ионах. Атом или молекула с больше или меньше электронов, чем протоны являются ионом с положительным или отрицательным зарядом.
Все металлы проверенная лаборатория Райса были положительными, или с 2 – плюс или с 3 – плюс обвинения.«Обычно, чем больше металл, тем лучше это отделяется», сказал Баррон, но эксперименты доказали иначе. Два – плюс металлы с меньшим ионным радиусом, связанным лучше, чем большие. (Тех, цинк, связанный наиболее плотно.), Но для 3 – плюс ионы, большие, работал лучше, чем маленький.«Это действительно странно», сказал Баррон. «То, что есть диаметрально противоположные тенденции для металлов с 2 – плюс обвинение и металлы с 3 – плюс обвинение, делает это интересным.
Результат, нам необходимо предпочтительно выделить металлы, которые мы хотим».Эксперименты нашли, что fullerenols объединился с дюжиной металлов, превратив их в тело поперечные связанные полимеры. В порядке эффективности и начинающийся с лучшего, металлы были цинком, кобальтом, марганцем, никелем, лантаном, неодимием, кадмием, медью, серебром, кальцием, железом и алюминием.
Ссылка «жемчуга» не совсем не буквальная, поскольку одно вдохновение для бумаги было тем, что металлические ионы поперечный связывают агентов для белков, которые дают определенным морским мидиям удивительную способность придерживаться влажных скал.В тестировании различных металлов исследователи Rice нашли, что обвинение и ионный радиус влияют, как металлы связывают с hydroxylated бакиболами.
Любезность Barron Research GroupХайман, старший, начал на проекте прежде, чем провести семестр в дочернем учреждении Райса в Германии, Университете Джейкобса. «Я первоначально работал с углеродными нанотрубками, окисляя их, чтобы видеть, как они свяжут металлы, и затем я поехал за границу», сказала она.
К тому времени, когда она возвратилась, Баррон был готов попробовать C-60. «Приезжая от Райса и его истории с бакиболами, я думал, что это будет действительно прохладно», сказал Хайман.«Мне понравилась способность видеть конечную цель создания фильтра, который мог использоваться, чтобы обратиться к загрязненной воде», сказала она.Баррон сказал акт fullerenols как клешневидные агенты, которые определяют, как ионы и молекулы связывают с металлическими ионами. Эксперименты с различными металлами показали fullerenols, связанный с ними через меньше чем минуту, после которой могли быть отфильтрованы объединенные твердые частицы.
Баррон сказал, что выбор алюминия, цинка и никеля для тестирования происходил из-за их co-присутствия с железом в кислоте, добывающей воду дренажа. Точно так же кадмий был проверен на его связь с удобрением и отстоем сточных вод и медью с добывающим выбросом. Никель, лантан и неодимий используются в батареях и двигателях двигателя в гибридных автомобилях.
Баррон сказал, что исследование показывает многосторонность бакибола, обнаруженного в Rice в 1985 лауреатами Нобелевской премии Риком Смалли, Робертом Керлом и Гарольдом Крото. Это также указывает путь вперед. «Понимание, которое мы теперь имеем, позволяет нам находить, что альтернативы C-60-м проектируют пути, которыми мы можем выделить металлы более эффективно», сказал он.
Соавторы бумаги – аспирант Райса Лорен Морроу и выпускник Робин Андерсон. Баррон – Jr.-валлийский профессор Чарльза В. Дункана Химии и преподаватель материаловедения и наноинженерии.
Фонд Роберта А. Уэлча и валлийский правительственный Сер Программа Cymru поддержали исследование.