Usando espalhamento de nêutrons, Monika Hartl, da European Spallation Source, está estudando como os filtros de água interagem com os contaminantes para otimizar os projetos dos filtros e melhorar os métodos de tratamento da água. Crédito:ORNL / Genevieve Martin
A filtragem da água é essencial para manter a saúde pública. A capacidade de ver como os contaminantes persistentes, como bactérias nocivas, micropoluentes, e os microplásticos se comportam em escala atômica podem permitir que os engenheiros façam filtros aprimorados para métodos de tratamento de água mais eficazes.
The European Spallation Source (ESS), atualmente em construção em Lund, Suécia, está definido para abrir para usuários em 2023. Em preparação, A cientista do ESS Monika Hartl e seus colaboradores na Swedish Water Research estão usando nêutrons no Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia (DOE) para estudar como o bisfenol A (BPA), um produto químico usado em plásticos, interage com filtros de água.
O BPA é um componente-chave em um claro, difícil, plástico inquebrável denominado policarbonato, amplamente utilizado em produtos de segurança e bens de consumo. Como o policarbonato se decompõe na água, O BPA pode ser liberado no meio ambiente, onde estudos mostraram que o consumo de BPA, muitas vezes resultado da contaminação da água, pode impactar negativamente a planta, animal, e até mesmo a saúde humana. Filtrar esse contaminante do abastecimento de água pode reduzir seus efeitos negativos no meio ambiente, ao mesmo tempo que minimiza ou elimina quaisquer efeitos negativos na saúde humana.
Filtros industriais de areia e argila são freqüentemente usados no início do processo de filtração de água, antes que métodos de purificação mais avançados, como tratamento com cloro, sejam aplicados. A areia utilizada para a filtragem possui estruturas microporosas capazes de adsorver contaminantes da água, e as argilas têm estruturas em camadas com recursos semelhantes.
Usando o instrumento VISION, linha de luz 16B na Fonte de Nêutrons de Espalação (SNS) do ORNL, Hartl e seus colaboradores da indústria sueca de água podem usar o espalhamento de nêutrons para ver como o BPA impacta as superfícies dos materiais de filtro e, portanto, sua eficácia na absorção de moléculas em nível atômico.
"Estamos estudando como remover produtos de decomposição de plástico da água usando filtros de areia e argila. Em particular, estamos tentando descobrir como o BPA interage com estruturas de argila e estruturas de areia, "disse Hartl.
Amostras de filtro de água de areia e argila foram analisadas usando espalhamento de nêutrons e os laboratórios de usuários SNS para ver como eles interagiram com a água contendo o bisfenol A químico, também conhecido como BPA. Crédito:ORNL / Genevieve Martin
Os nêutrons não são destrutivos e podem penetrar profundamente em materiais como areia e argila, ao contrário de métodos de pesquisa semelhantes. Sua sensibilidade ao hidrogênio os torna ideais para estudos envolvendo água, especialmente para estudar a água em estruturas opacas e de difícil penetração.
"Com nêutrons, você pode penetrar no filtro facilmente e pode ver o BPA dentro do material, "disse Hartl.
"Há uma grande equipe no VISION, e eles têm um laboratório de usuário bem equipado, onde posso preparar uma ampla gama de amostras com muitas opções para confirmar a qualidade de minhas amostras antes de colocá-las na linha de luz. Se eu precisar modificar algo durante o experimento, Posso verificar meus materiais no laboratório do usuário em vez de perder tempo com feixe, "disse Hartl, que atualmente está planejando laboratórios de usuários semelhantes para o ESS.
"Os laboratórios de química são muito importantes para o espalhamento de nêutrons. A capacidade de preparar amostras e caracterizá-las em fontes de nêutrons tornou-se essencial, especialmente para pesquisa de água. "
Usando os dados deste experimento, Hartl pode identificar como os materiais do filtro adsorvem o BPA, bem como quais estruturas e materiais funcionam melhor do que outros, para desenvolver filtros de água aprimorados que duram mais e têm melhor desempenho.
"Se descobrirmos como a água e o bisfenol interagem com os filtros, podemos, então, aprender como modificar o filtro para melhor remover o bisfenol, o que seria muito útil para plantas aquáticas, "Hartl disse.
Este trabalho está sendo apoiado como um "projeto piloto industrial para experimentos de nêutrons e fótons em infraestruturas de pesquisa de grande escala" pela agência de financiamento sueca Vinnova (número do projeto 2018-03264). Os parceiros neste projeto são o Dr. Alfredo Gonzalez-Perez, líder do grupo de pesquisa e coordenador do projeto da Swedish Water Research AB; Prof. Kenneth Persson, chefe de pesquisa Sydvatten AB; e Monika Hartl.
