Quando se trata de remover concentrações muito diluídas de poluentes da água, os métodos de separação existentes tendem a ser intensivos em energia e produtos químicos. Agora, um novo método desenvolvido no MIT pode fornecer uma alternativa seletiva para remover até mesmo níveis extremamente baixos de compostos indesejados.

A nova abordagem é descrita na revista Energia e Ciência Ambiental , em um artigo do pós-doutorado do MIT Xiao Su, Ralph Landau Professor de Engenharia Química T. Alan Hatton, e cinco outros no MIT e na Universidade Técnica de Darmstadt, na Alemanha.

O sistema usa um novo método, contando com um processo eletroquímico para remover seletivamente contaminantes orgânicos, como pesticidas, produtos de resíduos químicos, e farmacêuticos, mesmo quando estes estão presentes em concentrações pequenas, mas perigosas. A abordagem também aborda as principais limitações dos métodos convencionais de separação eletroquímica, como flutuações de acidez e perdas no desempenho que podem ocorrer como resultado de reações de superfície concorrentes.

Os sistemas atuais para lidar com esses contaminantes diluídos incluem filtração por membrana, que é caro e tem eficácia limitada em baixas concentrações, e eletrodiálise e desionização capacitiva, que muitas vezes requerem altas tensões que tendem a produzir reações colaterais, Su diz. Esses processos também são dificultados pelo excesso de sais de fundo.

No novo sistema, a água flui entre tratados quimicamente, ou "funcionalizado, "superfícies que servem como eletrodos positivos e negativos. Essas superfícies dos eletrodos são revestidas com o que é conhecido como materiais Faradaicos, que podem sofrer reações para se tornarem positivamente ou negativamente carregados. Esses grupos ativos podem ser ajustados para se ligarem fortemente a um tipo específico de molécula poluente, como a equipe demonstrou usando ibuprofeno e vários pesticidas. Os pesquisadores descobriram que esse processo pode remover efetivamente essas moléculas, mesmo em concentrações de partes por milhão.

Os estudos anteriores geralmente se concentraram em eletrodos condutores, ou placas funcionalizadas em apenas um eletrodo, mas frequentemente atingem altas tensões que produzem compostos contaminantes. Usando eletrodos adequadamente funcionalizados em ambos os lados positivo e negativo, em uma configuração assimétrica, os pesquisadores eliminaram quase completamente essas reações colaterais. Também, esses sistemas assimétricos permitem a remoção seletiva simultânea de íons tóxicos positivos e negativos ao mesmo tempo, como a equipe demonstrou com os herbicidas paraquat e quinchlorac.

O mesmo processo seletivo também deve ser aplicado à recuperação de compostos de alto valor em uma planta de produção química ou farmacêutica, onde eles poderiam ser desperdiçados, Su diz. “O sistema pode ser usado para remediação ambiental, para remoção de produtos químicos orgânicos tóxicos, ou em uma fábrica de produtos químicos para recuperar produtos de valor agregado, já que todos eles confiariam no mesmo princípio para retirar o íon minoritário de um sistema multi-íon complexo. "

O sistema é inerentemente altamente seletivo, mas, na prática, provavelmente seria projetado com vários estágios para lidar com uma variedade de compostos em sequência, dependendo da aplicação exata, Su diz. "Esses sistemas podem, em última análise, ser úteis, "ele sugere, "para sistemas de purificação de água para áreas remotas no mundo em desenvolvimento, onde a poluição de pesticidas, tintas, e outros produtos químicos costumam ser um problema no abastecimento de água. O altamente eficiente, sistema operado eletricamente poderia funcionar com energia de painéis solares em áreas rurais, por exemplo. "

Ao contrário dos sistemas baseados em membrana que requerem altas pressões, e outros sistemas eletroquímicos que operam em altas tensões, o novo sistema funciona em baixas tensões e pressões relativamente benignas, Hatton diz. E, ele aponta, em contraste com os sistemas convencionais de troca iônica, onde a liberação dos compostos capturados e a regeneração dos adsorventes exigiriam a adição de produtos químicos, "no nosso caso, você pode simplesmente girar um botão" para obter o mesmo resultado, alternando a polaridade dos eletrodos.

A equipe de pesquisa já acumulou uma série de homenagens pelo desenvolvimento contínuo da tecnologia de tratamento de água, incluindo doações das competições J-WAFS Solutions e Massachusetts Clean Energy Catalyst, e os pesquisadores foram os principais vencedores do Prêmio MIT de Inovação em Água do ano passado. Os pesquisadores solicitaram a patente do novo processo. "Definitivamente, queremos implementar isso no mundo real, "Hatton diz. Nesse ínterim, eles estão trabalhando na ampliação de seus dispositivos de protótipo no laboratório e no aprimoramento da robustez química.

Esta técnica "é altamente significativa, uma vez que estende as capacidades dos sistemas eletroquímicos de basicamente não seletivos para a remoção altamente seletiva de poluentes essenciais, "diz Matthew Suss, professor assistente de engenharia mecânica no Technion Institute of Technology em Israel, que não estava envolvido neste trabalho. "Tal como acontece com muitas técnicas emergentes de purificação de água, ele ainda deve ser testado em condições do mundo real e por longos períodos para verificar a durabilidade. Contudo, o sistema de protótipo alcançou mais de 500 ciclos, que é um resultado altamente promissor. "

Esses pesquisadores "exploraram sistematicamente uma variedade de configurações de dispositivos e uma variedade de contaminantes, "diz Kyle Smith, professor de ciência mecânica e engenharia da Universidade de Illinois, que também não estava envolvido neste trabalho. "No processo, eles identificaram princípios gerais de design pelos quais se consegue a remoção seletiva de contaminantes. A este respeito, Acho que o estudo de Hatton e colegas de trabalho é muito completo e cuidadoso. Ele fornece uma estrutura ou paradigma para outros pesquisadores emularem. "Mas, ele adiciona, "Um desafio significativo que permanece é o aumento de escala dessas tecnologias."

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.