Os pesquisadores da Rice University aprimoraram as partículas de dióxido de titânio de tamanho mícron para capturar e destruir o BPA, um contaminante da água com implicações para a saúde. As moléculas de ciclodextrina na superfície prendem o BPA, que é então degradado por espécies reativas de oxigênio (ROS) produzidas pelas partículas ativadas por luz. Crédito:Danning Zhang
Os cientistas da Rice University desenvolveram algo semelhante à armadilha de partículas de Vênus para remediação de água.
Esferas de tamanho mícron criadas no laboratório do engenheiro ambiental da Rice, Pedro Alvarez, são construídas para capturar e destruir o bisfenol A (BPA), um produto químico sintético usado para fazer plásticos.
A pesquisa é detalhada na revista American Chemical Society. Ciência e Tecnologia Ambiental .
O BPA é comumente usado para revestir o interior de latas de alimentos, tampas de garrafas e linhas de abastecimento de água, e já foi um componente de mamadeiras. Embora o BPA que se infiltra em alimentos e bebidas seja considerado seguro em doses baixas, Suspeita-se que a exposição prolongada afeta a saúde das crianças e contribui para a hipertensão.
A boa notícia é que as espécies reativas de oxigênio (ROS) - neste caso, radicais hidroxila - são más notícias para o BPA. O dióxido de titânio barato libera ROS quando acionado pela luz ultravioleta. Mas porque as moléculas oxidantes desaparecem rapidamente, O BPA tem que estar perto o suficiente para atacar.
É aí que entra a armadilha.
Fechar-se, as esferas se revelam como coleções de pétalas de dióxido de titânio semelhantes a flores. As pétalas flexíveis fornecem bastante área de superfície para os pesquisadores de Rice ancorarem as moléculas de ciclodextrina.
“Pétalas” de uma esfera de dióxido de titânio realçada com ciclodextrina, vista ao microscópio eletrônico de varredura. Quando acionado por luz ultravioleta, as esferas criadas na Rice University são eficazes na remoção de contaminantes de bisfenol A da água. Crédito:Alvarez Lab
A ciclodextrina é uma molécula benigna à base de açúcar freqüentemente usada em alimentos e medicamentos. Possui uma estrutura de duas faces, com uma cavidade hidrofóbica (que evita água) e uma superfície externa hidrofílica (que atrai água). O BPA também é hidrofóbico e naturalmente atraído pela cavidade. Uma vez preso, ROS produzidos pelas esferas degrada o BPA em produtos químicos inofensivos.
No laboratório, os pesquisadores determinaram que 200 miligramas das esferas por litro de água contaminada degradaram 90 por cento do BPA em uma hora, um processo que levaria mais do que o dobro do tempo com dióxido de titânio sem contraste.
O trabalho se encaixa em tecnologias desenvolvidas pelo Centro para Tratamento de Água Habilitado por Nanotecnologia, baseado em Rice e apoiado pela National Science Foundation, porque as esferas se auto-montam a partir de nanofolhas de dióxido de titânio.
“A maioria dos processos relatados na literatura envolve nanopartículas, "disse o estudante de graduação de Rice e principal autor Danning Zhang." O tamanho das partículas é inferior a 100 nanômetros. Por causa de seu tamanho muito pequeno, são muito difíceis de recuperar em suspensão na água. "
As partículas de arroz são muito maiores. Onde uma partícula de 100 nanômetros é 1, 000 vezes menor que um cabelo humano, o dióxido de titânio aprimorado está entre 3 e 5 mícrons, apenas cerca de 20 vezes menor que o mesmo cabelo. "Isso significa que podemos usar a microfiltração de baixa pressão com uma membrana para obter essas partículas de volta para reutilização, "Zhang disse." Isso economiza muita energia. "
Danning Zhang, estudante de pós-graduação da Rice, que liderou o desenvolvimento de uma partícula que atrai e degrada os contaminantes da água, verifica uma amostra em um laboratório ambiental da Rice. Crédito:Jeff Fitlow
Porque ROS também desgasta a ciclodextrina, as esferas começam a perder sua capacidade de captura após cerca de 400 horas de exposição ultravioleta contínua, Zhang disse. Mas uma vez recuperado, eles podem ser recarregados facilmente.
“Este novo material ajuda a superar duas barreiras tecnológicas significativas para o tratamento fotocatalítico de água, "Disse Alvarez." Primeiro, aumenta a eficiência do tratamento, minimizando a eliminação de ROS por constituintes não-alvo na água. Aqui, os ROS são usados principalmente para destruir o BPA.
"Segundo, permite a separação e reutilização de baixo custo do catalisador, contribuindo para reduzir o custo do tratamento, "disse ele." Este é um exemplo de como materiais avançados podem ajudar a converter exageros acadêmicos em processos viáveis que aumentam a segurança hídrica. "
