Uma esteira de polímero desenvolvida na Rice University tem a capacidade de pescar contaminantes biologicamente prejudiciais da água por meio de uma estratégia conhecida como "isca, fisgar e destruir. "

Testes com águas residuais mostraram que o tapete pode remover com eficiência os poluentes direcionados, neste caso, um par de desreguladores endócrinos biologicamente prejudiciais, usando uma fração da energia exigida por outra tecnologia. A técnica também pode ser usada para tratar água potável.

O tapete foi desenvolvido por cientistas com o Centro de Tratamento de Água Habilitado por Nanotecnologia (NEWT) conduzido por Rice. A pesquisa está disponível online na revista American Chemical Society. Ciência e Tecnologia Ambiental .

O tapete depende da capacidade de um material comum, dióxido de titânio, para capturar poluentes e, após a exposição à luz, degradá-los por meio da oxidação em subprodutos inofensivos.

O dióxido de titânio já é usado em alguns sistemas de tratamento de águas residuais. Geralmente é transformado em uma pasta, combinado com águas residuais e exposto à luz ultravioleta para destruir contaminantes. A pasta deve então ser filtrada da água.

O tapete NEWT simplifica o processo. O tapete é feito de fibras de polivinil fiadas. Os pesquisadores o tornaram altamente poroso adicionando pequenas esferas de plástico que mais tarde foram dissolvidas com produtos químicos. Os poros oferecem bastante área de superfície para as partículas de óxido de titânio habitarem e aguardarem suas presas.

As fibras hidrofóbicas (que evitam a água) do tapete atraem naturalmente contaminantes hidrofóbicos, como os desreguladores endócrinos usados ​​nos testes. Uma vez amarrado ao tapete, a exposição à luz ativa o dióxido de titânio fotocatalítico, que produz espécies reativas de oxigênio (ROS) que destroem os contaminantes.

Estabelecido pela National Science Foundation em 2015, NEWT é um centro de pesquisa nacional que visa desenvolver compactos, Móvel, sistemas de tratamento de água fora da rede que podem fornecer água limpa a milhões de pessoas que carecem dela e tornar a produção de energia dos EUA mais sustentável e econômica.

Os pesquisadores do NEWT disseram que seu tapete pode ser limpo e reutilizado, dimensionado para qualquer tamanho, e sua química pode ser ajustada para vários poluentes.

"O tratamento fotocatalítico atual sofre de duas limitações, "disse o engenheiro ambiental de Rice e diretor do NEWT Center Pedro Alvarez." Um é a ineficiência porque os oxidantes produzidos são eliminados por coisas que são muito mais abundantes do que o poluente alvo, para que não destruam o poluente.

"Segundo, custa muito dinheiro reter e separar fotocatalisadores de pasta e evitar que eles vazem para a água tratada, "disse ele." Em alguns casos, o custo de energia para filtrar essa lama é maior do que o necessário para alimentar as lâmpadas ultravioleta.

"Resolvemos ambas as limitações imobilizando o catalisador para torná-lo muito fácil de reutilizar e reter, "Alvarez disse." Não permitimos que vaze do tapete e colida com a água.

Alvarez disse que o tapete de polímero poroso desempenha um papel importante porque atrai os poluentes alvo. "Essa é a isca e o anzol, "disse ele." Então o fotocatalisador destrói o poluente, produzindo radicais hidroxila. "

"Os poros em nanoescala são introduzidos pela dissolução de um polímero sacrificial nas fibras eletrofiadas, "disse o autor principal e ex-pesquisador de pós-doutorado do Rice, Chang-Gu Lee." Os poros aumentam o acesso dos contaminantes ao dióxido de titânio. "

Os experimentos mostraram uma redução dramática de energia em comparação com o tratamento de águas residuais usando lama.

"Não só destruímos os poluentes mais rápido, mas também diminuímos significativamente nossa energia elétrica por ordem de reação, "Disse Alvarez." Esta é uma medida de quanta energia você precisa para remover uma ordem de magnitude do poluente, quantos quilowatts-hora você precisa para remover 90 por cento ou 99 por cento ou 99,9 por cento.

"Nós mostramos isso para a pasta, conforme você passa do tratamento de água destilada para efluente da estação de tratamento de águas residuais, a quantidade de energia necessária aumenta 11 vezes. Mas quando você faz isso com nosso fotocatalisador de isca e anzol imobilizado, o aumento comparável é apenas duas vezes. É uma economia significativa. "

A esteira também permitiria que as estações de tratamento realizassem a remoção e destruição de poluentes em duas etapas distintas, o que não é possível com a pasta, Alvarez disse. “Pode ser desejável fazer isso se a água for turva e a penetração da luz for um desafio. Você pode pescar os contaminantes adsorvidos pela esteira e transferi-los para outro reator com água mais límpida. você pode destruir os poluentes, limpe o tapete e devolva-o para que possa pescar mais. "

Ajustar a esteira envolveria alterar suas propriedades hidrofóbicas ou hidrofílicas para corresponder aos poluentes alvo. "Dessa forma, você poderia tratar mais água com um reator menor e mais seletivo, e, portanto, miniaturizar esses reatores e reduzir suas pegadas de carbono, "disse ele." É uma oportunidade não só para reduzir as necessidades de energia, mas também requisitos de espaço para tratamento fotocatalítico de água. "

Alvarez disse que a colaboração dos parceiros de pesquisa do NEWT ajudou o projeto a se concretizar em questão de meses. "NEWT nos permitiu fazer algo que separadamente teria sido muito difícil de realizar neste curto período de tempo, " ele disse.

"Acho que o tapete vai melhorar significativamente o menu a partir do qual selecionamos soluções para nossos desafios de purificação de água, "Alvarez disse.