Hoy, alrededor de 1800,000 hectáreas de tierra en los Estados Unidos se utilizan para deshacerse de los vertederos. En términos de escala, han creado más de 290 millones de residuos sólidos en 2018, la cantidad equivalente a aproximadamente 235,000 piscinas de tamaño olímpico, lo que tomó las discapacidades promedio de desechos duros sólidos por metro cúbico.
Aproximadamente el 9%, aproximadamente 26 millones de toneladas, estos desechos hacen hierro y acero. Estos son recursos con un valor de mercado estable utilizado en varios proyectos de infraestructura cívica. Como equipo de ingenieros ambientales, queríamos saber si podemos usar residuos con hierro rico para producir un nanoparto de óxido de hierro: medios útiles para combatir la contaminación del agua y el hardware para la ingeniería de la construcción.
Todo sobre nanopartículas
Los nanocertices de óxido de hierro consistían en un átomo de hierro y oxígeno y, debido a su tamaño, muestran propiedades físicas y químicas únicas. Son extremadamente pequeños, generalmente en el nanoscel, un diámetro de un mil millones de metros.
El óxido de hierro de las nanopartículas que sintetizamos fue un grupo característico llamado magnetita y magemit. Los estudios iniciales han demostrado que las nanopartículas en este grupo ayudarían a los medicamentos a llegar a la parte derecha del cuerpo, las baterías correctas en los vehículos eléctricos más eficientes y mejorarían los sensores para detectar gases tóxicos, así como el sonido y el movimiento.
Dado que estas nanopartículas están hechas de hierro y son magnéticas y estables. Su pequeño tamaño les da un área grande en relación con su volumen, lo que les permite tomar contaminantes de agua. Además, su naturaleza magnética los hace ideales para la construcción de componentes eléctricos extremadamente pequeños y delgados.
En nuestro trabajo, queríamos encontrar una nueva forma de producirlos usando materiales de desecho. En nuestro último estudio, publicado en el Sostenity Journal of RSC, hemos desarrollado una forma ecológica de sintetizar el óxido de hierro de las nanopartículas a partir de los suplementos caducados sobre un color defectuoso. Este enfoque no solo proporciona valor para los productos descartados, sino que también admite una forma de producción más sostenible y circular.
Proceso de investigación
Para implementar su estudio, utilizamos un método llamado carbonización hidrotermal para producir estas nanopartículas magnéticas. Pudimos realizar una gran cantidad de suplementos de hierro del centro de salud local.
El proceso de carbonización hidrotérmica utiliza una versión de turbocompresión en el tipo de presión de la presión que puede tener en su cocina. Para nuestra receta, combinamos 20 gramos cada uno de los suplementos de hierro y agua vencidos en un reactor de presión especializado. Luego cocinamos la mezcla a 527 grados Fahrenheit (275 grados Celsius) de seis a 12 horas. Bajo esta intensa temperatura y presión, las adiciones se rompieron, que produjeron pequeñas partículas de 10 a 11 nanómetros.
El producto final incluía material sólido como el carbón llamado Hidrochar, que representaba alrededor del 20% al 22% de los productos. El hidrohar consistió en nanopartículas y grafito de óxido de hierro, un rico material de carbono, que la hidrófora de la hidróbica en forma de carbón ha dado. Los otros se convirtieron en gas y líquido oscuro, Tarlish, separado del Hydrohark.
La carbonización hidrotérmica no es el único método utilizado para fabricar óxidos de hierro de la nanopartesa. Existen otros métodos convencionales, como Stepcation, que incluye la mezcla de productos químicos para formar sólidos. Otro método es la pirólisis, donde los materiales se calientan en ausencia de oxígeno. Y finalmente, la gasificación, que calienta los materiales en presencia de oxígeno.
Estos métodos generalmente requieren una mayor ingesta de energía, aproximadamente 1,292 a 1,832 grados Fahrenheit (700 a 1,000 C) o productos químicos afilados. En contraste, la carbonización hidrotérmica, el método que utilizamos se basa en el agua y puede ocurrir a baja temperatura.
La investigación inicial muestra que Nanoče creado por Iron Clean algunos contaminantes de aguas residuales. Después de crear nanopartículas, los investigadores las prueban utilizando varias técnicas científicas. Las nanopartículas tienen varias aplicaciones futuras potenciales en el campo de campo. Ahmed Yunus
Comparamos nuestro uso en la energía de la carbonización hidrotérmica con otros métodos y descubrimos que tuvo el menor impacto en el medio ambiente.
De agua de limpieza contaminada
Las nanopartículas que creamos óxidos de hierro son muy útiles para purificar el agua. Son especialmente buenos para eliminar el aceite y los metales pesados como plomo, cadmio, zinc y cromo del agua. Estos son contaminantes que se sabe que causan problemas de salud graves, incluido el cáncer.
Puede mezclarlos con agua contaminada o dejar que el agua pase a través de ellos, de manera similar a la suciedad del hogar habitual.
Para probar nuestro rendimiento, mezclamos las nanopartículas de óxido de hierro en muestras que contienen azul de metileno, contaminantes articulares en textiles y la producción de aguas residuales. Descubrimos que eliminaban más del 95% de color y, debido a que las partículas magnéticas, podríamos eliminarlas del tratamiento del agua usando imanes que no contaminaban el agua.
El agua contaminada con azul de metileno se limpió después del tratamiento con un óxido de hierro de nanopartículas durante 48 horas, y las nanopartículas se sujetan en el imán. Yunus et al., 2025
Dependiendo del tipo de contaminante en el agua, las nanopartículas de óxido de hierro a veces se pueden reutilizar después de calentar nuevamente.
Avanzar
Produjimos una pequeña cantidad de estas nanopartículas en el laboratorio para este estudio. Sin embargo, se envían grandes cantidades de desechos de hierro a vertederos. Incluyen materiales como restos de limo de acero y metal. Entonces, en teoría, se podría producir mucho más de estas nanopartículas en el futuro. Si se produce en cantidades lo suficientemente grandes, los sistemas de filtrado de agua grandes y las aguas residuales pueden usar estas partículas para tratar cantidades mucho mayores de agua.
Pero el desperdicio del vertedero no es todos un tipo de desperdicio. El desperdicio de rico hierro puede estar contaminado con otros materiales, lo que hace su fuente, clasificación y reciclaje y recursos intensivos y costosos. Para mantener esta tecnología, los investigadores deberán superar estos desafíos primero.
Con los economistas extranjeros ligeros, predicen metales alternativos, incluidas las nanopartículas de óxido de hierro, pueden ayudar a satisfacer las necesidades de producción para futuras tecnologías e inteligencia artificial. Estas nanopartículas se pueden usar para producir componentes de alto rendimiento. Estos componentes incluyen el almacenamiento de memoria magnética y semiconductores que se encuentran en nuestras tecnologías diarias.
Muchos metales críticos utilizados actualmente son caros, escasos o geopolíticamente sensibles: cobalto, níquel y litio. Como resultado, nuestro equipo comienza a explorar cómo este método de carbonización hidrotermal puede reducirse y aplicarse a otros tipos de materiales de desecho.
Nuestro objetivo a largo plazo es expandir el conjunto de herramientas para nanopartículas sostenibles y continuar enfrentando desafíos y requisitos ambientales para la innovación futura.
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