Un equipo de investigación internacional de las Universidades de Cádiz, Aveiro (Portugal) y Bratislava (Eslovaquia) ha diseñado unas diminutas esferas que se activan con la luz y reducen los efectos de estos compuestos liberados habitualmente por la combustión de los vehículos y que tienen efectos adversos para la salud. El material obtenido se emplearía, por ejemplo, en la pintura de la pared en habitaciones interiores para ‘limpiar’ el aire.

Un equipo de investigación internacional de las Universidades de Cádiz, Aveiro (Portugal) y Bratislava (Eslovaquia) ha desarrollado nanopartículas que absorben gases contaminantes en espacios cerrados. Al recibir luz, éstas degradan gases derivados de la combustión de vehículos. Los resultados muestran que estas virutas son un ‘limpiador’ del aire efectivo y se podrían emplear, por ejemplo, en la pintura que cubre las paredes en el interior de los edificios. De este modo, se crearían espacios libres de contaminantes en espacios cerrados.

Nanopartículas de óxido de titanio.

La labor de los científicos del grupo Estructuras y Química de Nanomateriales de la Universidad de Cádiz se centró en establecer la estructura de las nanopartículas y estudiar su capacidad para reducir los efectos adversos para la salud de tres gases nocivos: el benceno, el isopropanol y los óxidos nitrógeno. “El material resultante tiene forma de polvo y funciona mediante un proceso similar a la fotosíntesis. De igual forma que una planta atrapa el CO2 para generar nutrientes, las nanopartículas se activan con la luz, absorben los gases nocivos y los transforman en inofensivos”, explica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Cádiz Luc Lajaunie.

En el estudio ‘Graphene-TiO2 hybrids for photocatalytic aided removal of VOCs and nitrogen oxides from outdoor environment’ publicado en Chemical Engineering Journal, los investigadores explican que estudiaron las nanopartículas para comprender mejor sus cualidades químicas a través de un microscopio único en España, que puede realizar varios tipos de análisis al mismo tiempo. Con él, además de tomar imágenes muy detalladas de las partículas, los expertos comprobaron cómo éstas reaccionaban físicamente con la interacción de la luz y los gases nocivos, o cuánto tiempo tardaban en reducir sus efectos, entre otras cuestiones.

Investigadores que han realizado este estudio.

Estas partículas están compuestas por láminas de grafeno y esferas de óxido de titanio, tan diminutas que presentan el mismo aspecto que el polvo. El primero es una lámina de carbono muy fina caracterizada por su ligereza y resistencia y que se emplea actualmente para desarrollar componentes como cables o pantallas en la industria tecnológica. Por otro lado, el óxido de titanio es un compuesto químico presente en los cosméticos, esmaltes, pinturas o plásticos, entre otros materiales de uso diario. Además, posee una cualidad que ‘filtra’ elementos nocivos en el agua y el aire. “Al estudiar las cualidades químicas de cada material, comprobamos que el grafeno potencia las propiedades ‘limpiadoras’ del óxido de titanio”, comenta Luc Lajaunie.

Grafeno y óxido de titanio

Para elaborar las nanopartículas, los expertos emplearon concentraciones de grafeno de 5 nanómetros, el mismo tamaño de la punta de un cabello, y 20 nanómetros de óxido de titanio, equivalente a lo que mide una mota de polvo.

Así, los expertos probaron la acción de las nanopartículas en un entorno simulado. Primero las colocaron en un reactor, una máquina cilíndrica de acero inoxidable con una ventana de cristal sellado cuya función era permitir la entrada de una luz artificial, que reproducía la solar. Además, los científicos colocaron luces LED en el interior para que el ambiente fuera parecido al de una habitación interior. Luego, liberaron los gases nocivos que desprende la combustión de vehículos: óxidos de nitrógeno, isopropanol y benceno. De este modo, los expertos analizaron y comprobaron cuánto tiempo tardaban éstos en reducirse y con qué concentración de nanopartículas se daba el mejor rendimiento de degradación.

Microscopio industrial empleado en este estudio.

Actualmente, este equipo de investigación internacional centra su labor en dos cuestiones. Por un lado, la combinación de estas nanopartículas de grafeno y óxido de titanio con otros materiales para que su aplicación sea más sencilla. Por otro lado, los científicos analizan cómo emplear la luz solar para generar energías limpias y materiales alternativos para producir hidrógeno verde, es decir, un hidrógeno que se produce a partir de energías renovables y que al quemarse sólo produce vapor de agua en vez de los habituales gases efecto invernadero.

Este estudio ha sido financiado por la Fundación Portuguesa de Ciencia y Tecnología, la Scientific Grant Agency para proyecto VEGA 1/0026/18, el Operational Programme for Cometitiveness and Internationalization bajo el proyecto GNESIS, el programa de I+D+i Horizonte 2020 de la Comisión Europea (ESTEEM3) y el Ministerio de Ciencia e Innovación (PID2019-107578GA-I00). El grupo ha recibido apoyo del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), así como de la Agencia de Investigación Eslovaca y del Ministerio de Educación, Ciencia y Deportes de Eslovaquia. Además, este equipo de investigación ha empleado instrumentación de última generación facilitado por la División de Microscopía Electrónica de los Servicios Centrales de Investigación Científica y Tecnológica de la Universidad de Cádiz (DME-UCA ELECMI).

Referencias:

D.M. Tobaldi.; D. Dvoranová.; L. Lajaunie.; N. Rozman.; B. Figueiredo.; M.P. Seabra; A. Sever Škapin.; J.J. Calvino.; V. Brezová. & J.A. Labrincha. (2021). ‘Graphene-TiO2 hybrids for photocatalytic aided removal of VOCs and nitrogen oxides from outdoor environment’. Chemical Engineering Journal, Vol. 405.