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Ciencia & Tecnología

Obtienen nanomaterial semiconductor de residuos de naranja y aguacate

Las cáscaras y semillas de estos frutos se utilizaron para generar puntos cuánticos de carbono, un material semiconductor que presenta gran fluorescencia y que se podría usar para detectar metales pesados como el mercurio.

Palmira, 10 de noviembre de 2020Agencia de Noticias UN-

La fluorescencia es una de las características más importantes de este nanomaterial, la cual se puede ver mediante luz ultravioleta. Fotos: Valentina Arias Velasco.

Así se ve la muestra resultante de puntos cuánticos de carbono sin usar luz ultravioleta.

Polvo de cáscara de naranja, uno de los residuos agroindustriales utilizados para este estudio.

Preparación de la mezcla en el ensamble del proceso hidrotermal en el reactor.

Mediciones de tamaño y forma realizadas con el microscopio electrónico de transmisión de la UNAL Sede Palmira.

Mediciones de intensidad de fluorescencia, en el CIBioFi de Univalle.

Entre los usos que se le han dado a este novedoso material –que ya se emplea en otros países– se destaca el electrónico, en pantallas de alta definición, tarjetas de procesamiento de datos de computadores, celdas solares o baterías.

Así mismo en medicina se usa para detectar ciertas moléculas o compuestos invasores en el cuerpo, y se está evaluando su capacidad para detectar células cancerígenas, entre muchos otros usos.

El punto cuántico de carbono es un tipo de nanomaterial que por su diminuto tamaño (de 1 a 2 nanómetros) crea unas características ópticas, físicas y químicas muy especiales, como su fluorescencia y su semiconductividad, que es la capacidad de ser conductor de corrientes eléctricas o aislante.

Los materiales de carbono no son conductores sino aislantes, pero los puntos cuánticos de carbono se vuelven semiconductores porque al reducir el material a una escala tan pequeña, sus configuraciones electrónicas se alcanzan a modificar. Entonces, a esta escala, a los electrones les cuesta menos lograr hacer la conducción, y por eso pasan de ser aislantes a semiconductores.

Por su parte, la característica óptica de la fluorescencia es muy importante en el área de la ingeniería ambiental, ya que el material se puede usar en las aguas como sensor de metales pesados, especialmente del mercurio.

Así lo explica Valentina Arias Velasco, estudiante de Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira, quien, con su compañera Angélica Carvajal, se enfocó en obtener este material a partir de dos residuos agroindustriales: cáscaras de naranja y semillas de aguacate.

Se escogió la naranja porque es el fruto que más se consume en todo el mundo, y el aguacate por el notorio auge que tiene en el Valle del Cauca.

Sin embargo, el alto consumo de estos dos frutos implica su contribución al aumento de una problemática ambiental: la ya alta producción de residuos agroindustriales, por lo cual es importante pensar qué hacer con ellos.

Fue así como las estudiantes Arias y Carvajal encontraron en este estudio una forma de aprovechar y revalorizar estos residuos mediante la obtención del innovador material.

El proceso experimental

“Al realizar este tipo de procesos se buscan métodos que tengan el menor impacto ambiental y que sean de bajo costo, de manera que si se llega a dar la inversión, se pueda desarrollar la tecnología con más facilidad”, explica la estudiante Arias.

En este caso, se empieza con la fase de síntesis, mediante la cual se realiza una reacción hidrotermal a través de un reactor que soporta alta presión y temperaturas de hasta 250 °C. En el reactor se ingresan las cáscaras de naranja o las semillas de aguacate, se agrega agua y se somete a diferentes condiciones de temperatura, lo que genera las condiciones de presión del proceso hidrotermal.

Esto degrada el material hasta formar el punto cuántico de carbono en un proceso en el que no se utilizan materiales corrosivos ni tóxicos.

Después sigue la fase de caracterización, en la que se determina si el producto es el esperado inicialmente. Aquí el punto cuántico queda disuelto en agua (color café claro), y con un microscopio electrónico de transmisión se estudian aspectos como tamaño, forma (en este caso circular), distribución media de partículas y características ópticas mediante espectrofotometría.

Estos análisis ayudaron a determinar que sí se obtuvieron dichas nanopartículas que son los puntos cuánticos, además de observar cómo se comportaban desde el punto de vista óptico (fluorescencia), uno de sus rasgos más notables, el cual se puede observar usando luz ultravioleta.

La proyección de este estudio es poder usar el material en el área ambiental, pues también es biocompatible y no tóxico. Específicamente se apunta a emplearlo como sensor en la detección de metales pesados contaminantes en el agua, además de determinante de concentraciones por medio de las mediciones de intensidad de la fluorescencia adelantadas en esta investigación, las cuales se hicieron en el Centro de Investigación e Innovación en Bioinformática y Fotónica (CIBioFi), de la Universidad del Valle.

Así lo explica la estudiante Arias y agrega que incluso se ha encontrado que también podría atrapar o separar los contaminantes del medio acuoso.

Esta investigación se adelantó en el marco del proyecto de “Síntesis y caracterización de nanoestructuras a partir de residuos agroindustriales”, dirigido por la profesora Ana Cecilia Agudelo Henao, de la UNAL Sede Palmira, quien considera importante que los estudiantes de pregrado de Ingeniería “se familiaricen con técnicas modernas de análisis de materiales”.

(Por: fin/PAGA/MLA/LOF
)
N.° 200

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