Adsorbimento di coloranti azotati da acque di scarico industriale mediante nanotubi di carbonio

I meccanismi attraverso i quali si ha la formazione dei nanotubi in carbonio, sia single-walled che multi-walled, sono ad ora quasi completamente sconosciuti; si può comunque affermare con una buona dose di certezza che sussistano grandi differenze tra i meccanismi di formazione dei single-walled e quelli dei multi-walled. Inoltre, tali differenze sono amplificate anche da quelli che sono i meccanismi di sintesi dei nanotubi: la formazione di nanotubi mediante arco elettrico sarà diversa dalla formazione mediante catalytic chemical vapour deposition (CCVD), così come diverse condizioni operative nello stesso meccanismo di sintesi possono indurre a sostanziali differenze strutturali.
Ipotizzando che il tubo rimanga chiuso durante la sua formazione, la crescita nella direzione longitudinale del tubo avviene per inglobamento continuo di cluster di carbonio (dimeri C₂). Tale processo è assistito dai difetti pentagonali presenti alle estremità del tubo di crescita, che porta al riassetto molecolare e conseguentemente alla ricostruzione topologica dell'estremità. Questo modello spiega la crescita dei nanotubi a basse temperature, circa 1100°C, ma presenta delle fallanze nel caso di temperature maggiori, intorno ai 4000°C (produzione tramite arco elettrico).
Se il nanotubo ha una chiralità casuale, l'assorbimento dei dimeri di C₂ su legami attivi sulle estremità formerà un esagono. La sequenza continua di dimeri C₂ è necessaria per avere la crescita di nanotubi chirali.
Tuttavia sono necessari anche trimeri C₃ in modo tale da continuare ad aggiungere esagoni alla struttura in crescita ed evitare che si verifichi la formazione di pentagoni, in quanto l’introduzione di pentagoni porta ad una curvatura positiva, che rappresenta lo step fondamentale per la chiusura dei nanotubi e quindi la fine della loro crescita.
L’unico dato che appare essere certo è che la formazione dei nanotubi sia fortemente connessa alla presenza di particelle di metalli, così come dimostrato da Barker et al. i quali teorizzarono la crescita dei nanotubi sulle particelle catalitiche. Tali particelle, il più della volta aventi dimensioni nanometriche, svolgono la funzione di precursori del processo di crescita dei nanotubi: in particolare, osservarono come la crescita del filamento di carbonio fosse strettamente connessa alla deposizione del carbonio dietro la particella di metallo, lasciando la faccia frontale apparentemente priva di particelle di carbonio. Tramite analisi CAEM (controlled atmosphere electron microscopy) fu possibile determinare direttamente la cinetica del processo, osservando come l'energia di attivazione per la crescita del filamento sia paragonabile all'energia di attivazione che descrive la diffusione del carbonio nel nickel.
Sebbene non sia ben noto come i metalli e loro leghe intervengano nella crescita dei nanotubi, sul cui argomento esistono svariati ed interessanti modelli, le evidenze sperimentali hanno dimostrato come il catalizzatore rivesta un ruolo fondamentale nel processo di formazione dei nanotubi in carbonio; ad ogni modo la natura del catalizzatore non è l’unica variabile che influenza il processo di formazione e crescita dei nanotubi, in quanto tanto il diametro quanto la lunghezza dei nanotubi dipendono fortemente anche dalle temperature e dalla condizioni operative di reazione. [...]