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Venerdì, Marzo 29, 2024
NotizieIl materiale rivoluzionario separa l'acqua pesante dall'acqua normale a temperatura ambiente

Il materiale rivoluzionario separa l'acqua pesante dall'acqua normale a temperatura ambiente

A cura dell'Università di Kyoto

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A cura dell'Università di Kyoto

Un'azione di ribaltamento in un materiale poroso facilita il passaggio dell'acqua normale per separarla dall'acqua pesante.

Un gruppo di ricerca guidato da Susumu Kitagawa dell'Istituto per le scienze dei materiali cellulari (iCeMS) dell'Università di Kyoto, in Giappone, e Cheng Gu della South China University of Technology, in Cina, ha realizzato un materiale in grado di separare efficacemente l'acqua pesante dall'acqua normale a temperatura ambiente. Fino ad ora, questo processo è stato molto difficile e ad alta intensità energetica. I risultati hanno implicazioni per i processi industriali e persino biologici che comportano l'utilizzo di diverse forme della stessa molecola. Gli scienziati hanno riportato i loro risultati sulla rivista Natura.

Gli isotopologhi sono molecole che hanno la stessa formula chimica e i cui atomi si legano in disposizioni simili, ma almeno uno dei loro atomi ha un numero di neutroni diverso rispetto alla molecola madre. Ad esempio, una molecola d'acqua (H2O) è formato da un atomo di ossigeno e due di idrogeno. Il nucleo di ciascuno degli atomi di idrogeno contiene un protone e nessun neutrone. In acqua pesante (D2O), invece, gli atomi di deuterio (D) sono isotopi di idrogeno con nuclei contenenti un protone e un neutrone. L'acqua pesante ha applicazioni nei reattori nucleari, nell'imaging medico e nelle indagini biologiche.

"Gli isotopologhi dell'acqua sono tra i più difficili da separare perché le loro proprietà sono molto simili", spiega lo scienziato dei materiali Cheng Gu. "Il nostro lavoro ha fornito un meccanismo senza precedenti per separare gli isotopologhi dell'acqua utilizzando un metodo di separazione per adsorbimento".

Gu e il chimico Susumu Kitagawa, insieme ai colleghi, hanno basato la loro tecnica di separazione su un polimero di coordinazione poroso a base di rame (PCP). I PCP sono materiali cristallini porosi formati da nodi metallici collegati da linker organici. Il team ha testato due PCP realizzati con diversi tipi di linker.

Ciò che rende i loro PCP particolarmente importanti per la separazione degli isotopologhi è che i linker si capovolgono quando sono moderatamente riscaldati. Questa azione di capovolgimento agisce come un cancello, consentendo alle molecole di passare da una "gabbia" nel PCP a un'altra. Il movimento è bloccato quando il materiale è raffreddato.

Quando gli scienziati hanno esposto i loro "cristalli dinamici flip-flop" al vapore contenente una miscela di acqua normale, pesante e semi-pesante e poi l'hanno leggermente riscaldata, hanno adsorbito l'acqua normale molto più velocemente di quanto hanno fatto gli altri due isotopologhi. Fondamentalmente, questo processo è avvenuto entro intervalli di temperatura ambiente.

"La separazione adsorbente degli isotopologhi dell'acqua nel nostro lavoro è sostanzialmente superiore ai metodi convenzionali grazie all'altissima selettività a temperatura ambiente", afferma Kitagawa. "Siamo ottimisti sul fatto che nuovi materiali guidati dal nostro lavoro saranno sviluppati per separare altri isotopologhi".

Riferimento: "Separare gli isotopologhi dell'acqua utilizzando materiali porosi regolatori della diffusione" di Yan Su, Ken-ichi Otake, Jia-Jia Zheng, Satoshi Horike, Susumu Kitagawa e Cheng Gu, 9 novembre, Natura.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05310-y

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