É uma frase popular usada para descrever pessoas, coisas, e ideias que simplesmente não se misturam - "como óleo e água". Exceto que não é totalmente verdade. Óleo e água podem se misturar, e pode ser muito difícil separar completamente quando reunidos. Pense em derramamentos de óleo ambientais ou tratamento de águas residuais, e você rapidamente percebe que separar o óleo indesejado para restaurar a água a um estado natural ou puro pode ser uma tarefa monumental.

Em um artigo de pesquisa publicado em 22 de março - o Dia Mundial da Água, designado pelas Nações Unidas - engenheiros e físicos de Tufts descrevem como criaram uma membrana de baixo custo capaz de filtrar rapidamente o óleo da água e suas misturas sem que a membrana fique contaminada.

O avanço na ciência dos materiais pode ser uma virada de jogo na batalha contra a poluição. É bem sabido que a água contaminada com óleo pode ter efeitos nocivos de longo prazo para a vida selvagem e o meio ambiente. As estratégias atuais para mitigar esse dano incluem a queima do óleo no local ou o uso de dispositivos mecânicos, como booms, skimmers, ou material absorvente, para ajudar a limpar a bagunça. Na prática, esses métodos são caros e não muito eficazes, particularmente para limpar grandes derramamentos de óleo.

"A filtração é simples, método de tratamento de água com eficiência energética, e pode ser uma maneira eficaz de limpar esses derramamentos de óleo, "disse Ayse Asatekin, professor assistente na Tufts School of Engineering e autor correspondente do estudo, publicado na revista ACS Applied Polymer Materials. "Uma membrana de separação é relativamente barata e reutilizável, e a tecnologia de limpeza cobre uma pequena área. Por meio de nossa colaboração, desenvolvemos um novo material de filtro que pode fazer a separação e manter uma alta taxa de fluxo sem se sujar com o acúmulo de óleo. "

Felizmente, a natureza fornece alguns exemplos de materiais que interagem de maneira muito diferente com água e óleo. "Pegue a folha de lótus, por exemplo, "disse Ilin Sadeghi, um estudante de graduação em engenharia no laboratório de Asatekin e primeiro autor do estudo. "A superfície da folha é hidrofóbica, o que significa que mantém a água tão eficazmente que a folha nunca fica molhada - a água apenas se acumula na superfície. Mas também é muito oleofílico - se colocarmos um líquido orgânico como o óleo na superfície, ele se espalha rapidamente pela folha. Modelando na natureza, podemos projetar a química da superfície e a morfologia para repelir a água, materiais de filtro super-oleofílicos. "

A folha de lótus atinge seu comportamento duplo com uma combinação de uma química de superfície cerosa e uma textura nanoestruturada na superfície. A superfície texturizada retém o ar em pequenos bolsos, dificultando o contato da água com a folha por causa da alta tensão superficial da água, formando gotículas. A criação de uma membrana de filtragem de óleo poderia utilizar uma combinação semelhante de química de superfície e textura para separar o óleo da água.

Acompanhado pela professora Peggy Cebe e pela estudante de graduação Nelaka Govinna no departamento de física e astronomia da Tufts, a equipe de pesquisa criou um material que combinava química e textura repelentes de água usando uma técnica chamada eletrofiação.

Govinna, que fabricou as membranas de filtração, explica eletrofiação como uma técnica que cria um fluxo líquido eletricamente carregado de polímero emergindo de uma agulha muito estreita. À medida que flui da agulha, o polímero seca como um fio fino e se deposita aleatoriamente na superfície alvo, criando um não tecido, teia porosa de fibras.

O polímero que eles usaram era uma cadeia química rodeada por átomos de flúor, que lhe conferem propriedades repelentes de água, enquanto a trama aleatória captura o ar como a folha de lótus para ajudar a minimizar a penetração da água. Por contraste, as substâncias oleosas e orgânicas fluem sobre o fluoropolímero e através da membrana.

"Criamos este material de membrana misturando uma matriz de polímero comum usada em filtros - fluoreto de polivinilideno ou PVDF - com um polímero funcional; nós o chamamos de PFDMA, "disse Cebe." Podemos mudar o comportamento da membrana do filtro mudando o polímero funcional. "

Nesse caso, o tipo de polímero funcional forneceu às membranas algumas propriedades ideais:óleo e produtos químicos orgânicos correm rapidamente através da membrana, até dezessete vezes mais rápido do que a membrana PVDF sem aditivo, enquanto a água é retida.

As membranas de remoção de óleo PVDF-PFDMA, que permitem a passagem de óleo e solventes orgânicos, não estrague como as membranas de remoção de água tendem a fazer, e poderia, portanto, ser aplicado a longo prazo, aplicações em escala industrial. O uso de diferentes polímeros aditivos pode ajustar as propriedades do filtro para diferentes aplicações, de limpezas de derramamento de óleo à purificação de água.