Ecco il grafene mangia smog, riduce l’inquinamento atmosferico

Graphene Flagship, partner dell’Università di Bologna, Politecnico di Milano, CNR, NEST, Italcementi HeidelbergCement Group, dell’Istituto israeliano di tecnologia, dell’Università di tecnologia Eindhoven e dell’Università di Cambridge, hanno sviluppato un fotocatalizzatore di grafene-titania, nei test inquinanti ha dimostrato di degradare fino al 70% in più gli ossidi di azoto atmosferici (NOx) rispetto alle nanoparticelle di titania standard nei test su inquinanti reali.
L’inquinamento atmosferico è un problema crescente, in particolare nelle aree urbane e nei paesi meno sviluppati.
L’Organizzazione mondiale della sanità, riporta che la morte di una persona su nove può essere attribuita a malattie causate dall’inquinamento atmosferico: gli inquinanti organici, come gli ossidi di azoto e i composti volatili, ne sono la causa principale, emessi dagli scarichi dei veicoli e dall’industria.
I ricercatori per affrontare il problema, continuamente sono alla ricerca di nuovi modi per rimuovere più inquinanti dall’atmosfera, i fotocatalizzatori come la titania sono un ottimo modo per farlo. La titania quando è esposta alla luce solare, degrada gli ossidi di azoto, molto dannosi per la salute umana, e i composti organici volatili presenti sulla superficie, ossidandoli in prodotti inerti o innocui.
Ora, il team di Graphene Flagship che lavora su rivestimenti fotocatalitici, coordinato da Italcementi (Gruppo HeidelbergCement, Italia), ha sviluppato un nuovo composito di grafene-titania con proprietà fotodegradanti significativamente più potenti rispetto alla titania. Marco Goisis, coordinatore della ricerca di Italcementi, ha detto:
«Abbiamo accolto l’invito di Graphene Flagship, per potenziare l’azione fotocatalitica abbiamo deciso di accoppiare il grafene al fotocatalizzatore più usato, la titania. La fotocatalisi è uno dei modi più potenti per disinquinare l’ambiente, perché il processo non consuma i fotocatalizzatori. È una reazione attivata dalla luce solare».
Il team tramite l’esfoliazione in fase liquida della grafite (un processo che crea grafene), alla presenza di nanoparticelle di titania, usando solo acqua e pressione atmosferica, ha creato un nuovo nanocomposito di grafene-titania, prodotto che può rivestire la superficie dei materiali per rimuovere passivamente gli inquinanti dall’aria. Il rivestimento se è applicato al calcestruzzo sulla strada o sulle pareti degli edifici, gli innocui prodotti di fotodegradazione potrebbero essere rimossi dalla pioggia, dal vento o ripuliti manualmente.
Il team per misurare gli effetti di fotodegradazione, ha testato il nuovo fotocatalizzatore contro gli ossidi di azoto atmosferici (NOx), ha registrato un miglioramento nella degradazione fotocatalitica degli ossidi di azoto rispetto alla titania. Hanno anche usato la rodamina B come modello per gli inquinanti organici volatili, poiché la sua struttura molecolare ricorda quella degli inquinanti emessi da veicoli, industria e agricoltura. Rispetto alla sola titania, hanno scoperto che il 40% in più di rodamina B in acqua sotto irraggiamento UV è stato degradato dal composito di grafene-titania.
Il team ha evidenziato che l’accoppiamento del grafene con la titania ha dato ottimi risultati sotto forma di polvere, potrebbe essere applicato a diversi materiali, di cui il calcestruzzo è un buon esempio per un uso diffuso, aiutando a raggiungere un ambiente più sano. È a bassa manutenzione e rispettoso dell’ambiente poiché richiede solo il Sole.
Le misurazioni ultraveloci della spettroscopia di assorbimento transitorio hanno rivelato un processo di trasferimento di elettroni dalla titania ai fiocchi di grafene: diminuendo il tasso di ricombinazione della carica e aumentando l’efficienza della fotoproduzione di specie reattive, significa che più molecole inquinanti potrebbero essere degradate.
Xinliang Feng presidente dei materiali funzionali molecolari rivestimenti Graphene Flagship per il progetto pilota della Commissione europea ha detto:
«La fotocatalisi in una matrice cementizia, applicata agli edifici, potrebbe avere un grande effetto per ridurre l’inquinamento atmosferico riducendo gli ossidi di azoto atmosferici (NOx), permettendo l’autopulitura delle superfici con il cosiddetto effetto “mangia smog”. La grafene potrebbe contribuire a migliorare il comportamento fotocatalitico dei catalizzatori come la titania e a migliorare le proprietà meccaniche del cemento».
I partner di Graphene Flagship per ampliare e migliorare l’invenzione rivoluzionaria del cemento “mangia smog” hanno preparato una composizione di grafene-titania attraverso una procedura in un solo passaggio. Il composito così preparato ha mostrato nello studio modello una maggiore attività fotocatalitica, degradando fino al 40% in più d’inquinanti rispetto alla pura titania, e con una procedura simile, fino al 70% in più di ossidi di azoto atmosferici (NOx). Inoltre, il meccanismo alla base di questo miglioramento è stato brevemente studiato mediante spettroscopia di assorbimento transitorio ultraveloce.
Enrico Borgarello, Direttore Ricerca & Innovazione Italcementi HeidelbergCement Group, uno dei maggiori produttori mondiali di cemento, ha detto:
«L’integrazione della grafene in titania per creare un nuovo nanocomposito è stata un successo. Il nanocomposito aumentando l’azione della titania ha mostrato un forte miglioramento della degradazione fotocatalitica degli ossidi di azoto atmosferici (NOx). È un risultato molto significativo, non vediamo l’ora di implementare il nanocomposito fotocatalitico per una migliore qualità dell’aria nel prossimo futuro».
Le ragioni per incorporare la grafene nel calcestruzzo non si fermano qui. Italcementi sta lavorando anche a un altro prodotto, un composito di cemento grafene elettricamente conduttivo. È stato presentato lo scorso febbraio al Mobile World Congress, integrato come strato nel pavimento, potrebbe rilasciare calore quando è attraversato da una corrente elettrica.
Marco Goisis ha detto:
«Potresti riscaldare la tua stanza o il pavimento, senza usare l’acqua di un serbatoio o di una caldaia. Il sistema apre la porta all’innovazione per le città intelligenti del futuro, in particolare al calcestruzzo autosensoriale, potrebbe rilevare lo stress in strutture in calcestruzzo e monitorare i difetti strutturali, fornendo segnali di avvertimento se l’integrità strutturale è vicina al collasso».
Andrea C. Ferrari, responsabile scientifico e tecnologico della Graphene Flagship, in conclusione ha detto:
“Sempre più aziende sono ora partner o membri associati della Graphene Flagship, poiché ne riconoscono il potenziale per nuove e migliorate tecnologie. Italcementi leader in Italia nel campo dei materiali da costruzione, in questo lavoro ha dimostrato una chiara applicazione del grafene per il degrado degli inquinanti ambientali. Ciò non solo può avere vantaggi commerciali, ma soprattutto benefici per la società creando un ambiente più sano e pulito».

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Pino Silvestri

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Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
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