Membranas feitas sob medida oferecem um método mais limpo para a separação em escala industrial de misturas químicas, diz Suzana Nunes. Mas primeiro precisamos tornar sua fabricação mais ecológica.

Membranas poliméricas porosas podem realmente limpar nas indústrias química e de biotecnologia, Suzana Nunes acredita. Assim como as membranas permeáveis ​​substituíram as técnicas de consumo de energia, como a evaporação para dessalinizar a água do mar, membranas podem ser uma opção muito mais ecológica para inúmeras purificações químicas industriais, diz o professor de ciências ambientais e engenharia da KAUST.

Antes de fazermos a mudança, há um desafio a ser superado, Nunes argumenta. Ironicamente, apesar de suas aplicações ambientais, o processo clássico de fabricação da membrana está longe de ser verde. A maioria das membranas é feita com solventes orgânicos voláteis, expondo os trabalhadores a vapores prejudiciais. Estes solventes estão na lista da UE de produtos químicos industriais para os quais existe a necessidade mais urgente de encontrar produtos de limpeza, alternativas mais seguras. Em muitos países, os solventes enfrentam uma proibição potencial.

“A indústria reconhece a importância de substituir esses solventes orgânicos, "Nunes diz." Mas substituí-los por quê? "

Assumindo a liderança na produção verde

É aí que a pesquisa deve entrar, Nunes diz, e onde ela mesma está assumindo a liderança. Nunes tem em mente uma solução em duas etapas para o problema das membranas:demonstrar à indústria um método mais limpo para fabricá-las; em seguida, provar que essas membranas verdes funcionam tão bem, ou melhor, do que as membranas convencionais para separações industriais.

O progresso na etapa um já está bem avançado. A maneira clássica de fazer uma membrana é pegar um polímero e dissolvê-lo em um solvente orgânico. A solução é lançada em uma camada fina, e parte do solvente pode evaporar antes de ser imerso em água para completar o processo, Nunes explica .. O tamanho dos poros na folha de polímero resultante decide em grande parte quais componentes de uma mistura química podem passar pela membrana e quais são rejeitados.

Nunes está defendendo uma abordagem alternativa para a fabricação de membranas. "Nosso trabalho tem se concentrado no uso de líquidos iônicos como solvente, ", diz ela. Líquidos iônicos são sais que são líquidos em temperatura ambiente, mas são completamente não voláteis, tornando-os muito mais seguros para os trabalhadores. Os líquidos iônicos têm sido um tema quente na pesquisa da química verde na última década e uma ampla variedade está agora disponível comercialmente.

Fazendo progresso

Nunes e sua equipe da KAUST já estão criando membranas usando líquidos iônicos. Muitas membranas porosas de alto desempenho existentes incorporam um polímero chamado polietersulfona e, no ano passado, os pesquisadores mostraram que poderiam fazer isso usando um solvente líquido iônico1. O que mais, a nova membrana superou um equivalente produzido convencionalmente para separar misturas complexas de peptídeos e proteínas - atualmente um processo caro e trabalhoso para a indústria de biotecnologia. As aplicações são vastas. Por exemplo, muitos novos medicamentos são drogas biológicas feitas de proteínas, que deve ser altamente purificado antes de ser dado aos pacientes. As membranas porosas certas podem simplificar drasticamente esse processo.

Mudar para líquidos iônicos para a fabricação de membrana deve ter outras vantagens, Nunes argumenta. "Achamos que podemos dissolver polímeros que até agora não podíamos dissolver, e estender o tipo de materiais que podemos usar para membranas, "Nunes diz.

A fabricação de membranas a partir de novos materiais pode ser um benefício real para muitas separações da indústria química, onde pegar uma membrana comercial existente da prateleira muitas vezes não é uma opção viável. Os dois maiores usos atuais de membranas - membranas de diálise para saúde e membranas de dessalinização para produção de água doce - envolvem líquidos à base de água em temperaturas benignas. Mas as separações químicas podem envolver solventes orgânicos, ácidos ou álcalis e altas temperaturas. Essas condições corrosivas degradam rapidamente uma membrana regular.

Em paralelo com seu trabalho em líquidos iônicos, Nunes vem desenvolvendo membranas à base de poli (oxindolebifenilileno), que são impermeáveis ​​a extremos de pH e podem separar com sucesso misturas químicas em solventes orgânicos a temperaturas sem precedentes de mais de 300 ° C2. “Este é um tema de real relevância industrial, onde podemos contribuir cada vez mais nos próximos anos, " ela diz.

Combinar este tipo de resiliência de membrana com manufatura à base de líquido iônico é o próximo desafio que os pesquisadores devem abraçar para maximizar os benefícios ambientais das membranas, Nunes diz.

"Dez anos a partir de agora, Espero que tenhamos convencido a indústria de membranas, e eles já estarão usando solventes alternativos, "ela diz." E tenho certeza que usaremos membranas na indústria química muito mais do que são usadas agora, "Ela acrescenta." É aí que pesquisadores como eu podem contribuir mais para a mudança. "