Plasma är en joniserad gas - det vill säga en gas som innehåller elektroner, joner, atomer, molekyler, radikaler och fotoner. Det kallas ofta materiens fjärde tillstånd, och överraskande nog genomsyrar det allt. Plasma, som genereras på konstgjord väg genom att överföra energi till en gas, finns i de lysrör som lyser upp kök, men de har också gjort att mobiltelefoner blivit mindre och mindre.
Plasma har varit en veritabel revolution i teknikens värld. Förr var det nödvändigt att använda förorenande kemiska produkter för att gravera kretsarna på kiselplattorna som används i elektroniska enheter som mobiltelefoner. Nu har användningen av plasma gjort det möjligt att göra detta mer rent och exakt, vilket gör det möjligt att göra slitsarna mindre och mindre, och med dem, enheterna.
Men plasma har också andra tillämpningar, såsom vattenrening. Grupperna FQM-136 Physics of Plasmas och FQM-346 Organic Catalysis and Nanostructured Materials vid University of Córdoba har samarbetat i en forskningsstudie vars syfte var att eliminera föroreningar som finns i vatten genom att applicera plasma för att främja kemiska processer.
Deras studie är publicerad i tidskriften Chemosphere .
I syfte att ta itu med problemet med den ökande förekomsten av organiska föroreningar i vatten, såsom färgämnen och andra föreningar från jordbruks- och industriverksamhet i vatten som destabiliserar ekosystemen, valde dessa forskare att applicera plasma.
2017 visade de för första gången att argonplasman som induceras av mikrovågor som är öppna mot luften, när de verkar på vatten, genererade reaktiva ämnen som innehåller syre och kväve (som hydroxylradikaler, vattenperoxid, kväveradikaler) som kan dekontaminerar den.
Nu har forskarna Juan Amaro Gahete, Francisco J. Romero Salguero och María C. García lyckats designa en reaktor av denna typ av plasma och att avsevärt öka mängderna av dessa aktiva arter som genereras i vatten, vilket gör det möjligt att förstöra höga koncentrationer färgämnen (i det här fallet metylenblått) på bara några minuter.
De uppnådde detta genom att ändra designen av surfatronen, metallanordningen som blandar energin från en mikrovågsgenerator med plasman för att upprätthålla den.
"Vad vi har gjort är att placera en liten bit kisel i kvartsurladdningsröret, vilket gör att en annan plasma kan genereras, en som inte är trådformig och som är mer effektiv för att skapa aktiva arter när de interagerar med vatten," förklarade professor María C. García.
Ovannämnda plasmakomponenter genererar, när de interagerar med vatten, oxiderande arter som kan bryta ned organiska föreningar och döda mikroorganismer, vilket gör att denna plasmareaktor kan användas i applikationer relaterade till vattensanering.
Denna nya konfiguration utökar därför användbarheten av denna typ av plasma.
"Designen förändrar helt konfigurationen av det elektromagnetiska fältet som genereras av surfatronen för att skapa plasman, vilket resulterar i plasma med olika och mer effektiva egenskaper, vilket också eliminerar problemet med filamentering (uppdelningen av plasmakolonnen i många filament), vilket destabiliserar det", förklarade professor García.
Och sedan... sanering. "De oxiderande ämnen som genereras på grund av plasmans verkan är mycket reaktiva och gör det möjligt att förstöra det organiska materialet inuti vattnet", fortsatte professor Francisco J. Romero.
För att detta ska hända införs inte plasman i vattnet. Snarare är den gjord för att agera på avstånd, så att det mellan vattnet och plasman finns en luftzon där många reaktioner inträffar på grund av kollisioner mellan de exciterade arterna och molekylerna av syre, kväve och vattenånga, och "reaktiva arter som diffunderar i vätskan och hamnar med föroreningarna" genereras.
Saneringspotentialen hos denna typ av plasma, genererad med denna nya design, "har testats för att reducera höga koncentrationer av metylenblått färgämne i vatten, med mycket effektiva resultat när det gäller energi, vilket uppnår fullständig eliminering av färgämnet vid reducerade behandlingstider ," sa forskaren Juan Amaro.
Med detta arbete görs sålunda framsteg på en av tillämpningarna av plasma, det "materias fjärde tillstånd" som skapas genom att förse en stabil gas med energi och omvandla den till en joniserad gas, med detta tillämpligt på nästan allt:tillverkning av mikrochips, desinficera ytor, läka sår, avsätta antireflekterande beläggningar på glasögon, förbättra fröns groning, återvinna avfall, aktivera plastytan för att uppnå bättre färgvidhäftning och otaliga andra tillämpningar.
Mer information: Juan Amaro-Gahete et al, Modifierad surfatronanordning för att förbättra mikrovågsplasma-assisterad generering av RONS och metylenblått nedbrytning i vatten, Kemosfär (2023). DOI:10.1016/j.chemosphere.2023.140820
Journalinformation: Kemosfär
Tillhandahålls av University of Córdoba
