למולקולות של פחמן-60 (פולרנים, כדורי-באקי) יש את היכולת למצות מתכות יקרות מתוך נוזלים, בכללם מים וסביבות מזוהמות. לאחר ניסויים במספר מתכות, חוקרים מצאו כי המטען והרדיוס היוני של נגזרות כדורי-הבאקי הם הגורמים המשפיעים על טיב הקישור של המתכות אליהן.
[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
למולקולות של פחמן-60 (פולרנים, כדורי-באקי) יש את היכולת למצות מתכות יקרות מתוך נוזלים, בכללם מים וסביבות מזוהמות. לאחר ניסויים במספר מתכות, חוקרים מצאו כי המטען והרדיוס היוני של נגזרות כדורי-הבאקי הם הגורמים המשפיעים על טיב הקישור של המתכות אליהן.
הנגזרות ההידרוקסיליות של כדורי-באקי לא רק שמאפשרות השבה של חומרים יקרי-ערך ושל חלקיקי מתכת רעילים הנמצאים בתוך מאגרי מים או בתוך נוזלים אחרים, אלא שהן מאפשרות שם שימוש חוזר שלהם בעתיד, זאת לדבריהם של חוקרים מאוניברסיטת רייס.
במעבדת הכימיה של החוקרAndrew Barron באוניברסיטת רייס גילו כי פולרנים (פחמן-60, כדורי-באקי, ויקיפדיה) שעברו תהליך כימי הידוע בשם הידרוקסילציה (הכנסת קבוצות הידרוקסיל) מתגודדים יחדיו לכדי מבנה של מחרוזת פנינים במהלך חבירתם למתכות בתוך תמיסות. שימושים אפשריים של התהליך הזה כוללים הרחקה ידידותית לסביבה של מתכות (רעילות ויקרות-ערך) מתוך נוזלים המשמשים בתחום הכרייה, וכן מתוך נוזלים המשמשים בריסוק הידראולי בתעשיית הייצור של דלקים.
החוקר הראשי מציין כי נגזרות של כדורי-באקי הצליחו לקשור אליהן אטומי מתכות בעלי מטענים חשמליים שונים באופנים בלתי צפויים, ממצא הרומז כי ניתן יהיה לקשור מתכות מוגדרות מתערובת נוזלים תוך השארתן של מתכות אחרות בתמיסה. ממצאי המחקר פורסמו זה מכבר בכתב-העת המדעי Dalton Transactions.
מחקר קודם באותה המעבדה הראה כי נגזרות הידרוקסיליות של פולרנים (הידועים בשם פולרנולים, fullerenols) נקשרות ליוני ברזל ליצירת פולימר בלתי-מסיס. החוקרים ערכו סדרת ניסויים על מנת לבחון את יכולת הקישור היחסית של פולרנולים למגוון מתכות. “זה טוב ויפה לטעון שאני יכול להוציא מתכות ממים, אולם עבור נוזלים מורכבים יותר, הבעיה היא להוציא את אותן מתכות שאתה באמת צריך,” מסביר החוקר. “פסולת נוזלית מתעשיית הכרייה, למשל, מכילה כמויות גדולות של ברזל ושל אלומיניום וכמויות קטנות של ניקל, אבץ ונחושת, ואת אלו אתה צריך באמת. למען האמת, ברזל ואלומיניום אינן המתכות הגרועות ביותר שהמים שלך יכולים להכיל בתוכם, מכיוון שהן נמצאות במים טבעיים בכל מקרה. המטרה שלנו הייתה למצוא אם יש העדפות קישור בין המתכות השונות, ומצאנו כאלו.”
תמונת מיקרוסקופ (TEM) הראתה כי נוצרים צברים של “מחרוזות פנינים” כאשר הנגזרות ההידרוקסיליות של הפחמן-60 נקשרו למתכות – במקרה דנן, ברזל וניקל – בתוך התמיסה. הממצאים רומזים כי ניתן יהיה להרחיק באופן בררני מולקולות מתכת ספציפיות מתוך תערובות מתכות בתמיסה. החוקרים מצאו כי המתכות שנקשרו לפולרנולים היו כולן יונים חיוביים בעלי מטען חשמלי חיובי של 2 או 3 פרוטונים עודפים. “באופן רגיל, ככל שהמתכת גדולה יותר, כך היא נפרדת מהר יותר,” אומר החוקר הראשי. אולם, הניסויים הראו אחרת – מתכות בעלות מטען 2 ורדיוס יוני קטן יותר נקשרו טוב יותר ממתכות גדולות יותר (בין אלו – אבץ נקשר באופן החזק ביותר). אולם, עבור יונים של פלוס 3, הגדולים יותר עבדו טוב יותר מהקטנים יותר. “הממצא המפתיע מוביל אותנו למסקנה כי בעתיד נצליח למצות באופן בררני את אותן המתכות שאנו רוצים.”
המחקר הראה כי פולרנולים נקשרים לעשרות מתכות, תוך הפיכתם לפולימרים מצולבים מוצקים. סדר יעילות הקישור, תוך התחלה מהמתכת הטובה ביותר, הוא: אבץ, קובלט, מנגן, ניקל, לנתן, נאודמיום, קדמיום, נחושת, כסף, סידן, ברזל ואלומיניום. ההתייחסות ל”מחרוזת” אינה טעות דפוס – אחת מההשראות למחקר הייתה העובדה כי יוני מתכת ידועים בתור חומרי צילוב עבור חלבונים המספקים ליצורים ימיים יכולת מופלאה להידבק לסלעים רטובים.
החוקר הראשי מסביר כי פולרנולים מתפקדים בתור חומרי לכידה הקובעים כיצד יונים ומולקולות שונים ייקשרו ליונים מתכתיים. ניסויים עם מתכות שונות הראו כי הפולרנולים נקשרים אליהם בתוך פחות מדקה והופכים למוצקים הניתנים לסינון. החוקרים אומרים כי הבחירה שלהם להתמקד באלומיניום, אבץ וניקל נבעה מהעובדה כי מתכות אלו נמצאות יחד עם ברזל בנוזלי הפסולת של תעשיית הכרייה. באופן דומה, קדמיום נבדק לאור העובדה כי הוא נוכח יחד עם דשנים וזרמי ביוב ונחושת נוכחת יחד עם נוזלי הפליטה כתוצאה מחציבה. ניקל, לנתן ונאודמיום הן מתכות המשמות בתעשיית הסוללות והמכוניות ההיברידיות.
תגובה אחת
כדאי לציין שהחומרים האלה נקראים על שמו של באקמינסטר פולר, עתידן ואדריכל אמריקאי גאון שהמציא, בין היתר את הדום הגיואדזי.