Um poluente tóxico produzido pela queima de combustíveis fósseis pode ser capturado do fluxo de gases de exaustão e convertido em produtos químicos industriais úteis usando apenas água e ar, graças a um novo material avançado desenvolvido por uma equipe internacional de cientistas.

Nova pesquisa liderada pela Universidade de Manchester, desenvolveu uma estrutura metal-orgânica (MOF) que fornece um material seletivo, capacidade totalmente reversível e repetível para capturar dióxido de nitrogênio (NO ₂ ), um poluente tóxico do ar produzido principalmente pelo uso de diesel e biocombustível. O não ₂ pode então ser facilmente convertido em ácido nítrico, uma indústria multibilionária com usos que incluem, fertilizante agrícola para plantações; propelente de foguete e náilon.

MOFs são pequenas estruturas tridimensionais que são porosas e podem reter gases em seu interior, agindo como gaiolas. Os espaços vazios internos em MOFs podem ser vastos para seu tamanho, apenas um grama de material pode ter uma superfície equivalente a um campo de futebol.

O mecanismo altamente eficiente neste novo MOF foi caracterizado por pesquisadores usando espalhamento de nêutrons e difração de raios-X síncrotron no Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia e no Laboratório Nacional de Berkeley, respectivamente. A equipe também usou o Serviço Nacional de Espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica em Manchester para estudar o mecanismo de adsorção de NO ₂ em MFM-520. A tecnologia pode levar ao controle da poluição do ar e ajudar a remediar o impacto negativo do dióxido de nitrogênio no meio ambiente.

Como em Química da Natureza , o material, denominado MFM-520, pode capturar dióxido de nitrogênio em pressões e temperaturas ambientes - mesmo em baixas concentrações e durante o fluxo - na presença de umidade, dióxido de enxofre e dióxido de carbono. Apesar da natureza altamente reativa do poluente, O MFM-520 provou ser capaz de ser totalmente regenerado várias vezes por desgaseificação ou por tratamento com água no ar - um processo que também converte o dióxido de nitrogênio em ácido nítrico.

"Este é o primeiro MOF a capturar e converter um tóxico, poluente gasoso do ar em uma mercadoria industrial útil ", disse o Dr. Sihai Yang, autor principal e conferencista sênior do Departamento de Química da Universidade de Manchester. “Também é interessante que a maior taxa de NÃO ₂ absorção por este MOF ocorre em cerca de 45 graus centígrados, que é mais ou menos a temperatura do escapamento de automóveis. "

Professor, vice-presidente e decano da Faculdade de Ciências e Engenharia da Universidade de Manchester Martin Schröder, um dos principais autores do estudo, disse:"O mercado global de ácido nítrico em 2016 foi de US $ 2,5 bilhões, portanto, há muito potencial para os fabricantes dessa tecnologia MOF recuperarem seus custos e lucrarem com a produção de ácido nítrico resultante. Especialmente porque os únicos aditivos necessários são água e ar. "

Como parte da pesquisa, os cientistas usaram espectroscopia de nêutrons e técnicas computacionais no ORNL para caracterizar precisamente como o MFM-520 captura moléculas de dióxido de nitrogênio.

"Este projeto é um excelente exemplo do uso da ciência de nêutrons para estudar a estrutura e atividade de moléculas dentro de materiais porosos, "disse Timmy Ramirez-Cuesta, co-autor e coordenador da iniciativa de química e catálise na Diretoria de Ciências de Nêutrons do ORNL. "Graças ao poder de penetração dos nêutrons, rastreamos como as moléculas de dióxido de nitrogênio se organizaram e se moveram dentro dos poros do material, e estudou os efeitos que tiveram em toda a estrutura do MOF. "

“A caracterização do mecanismo responsável pela alta, absorção rápida de NO ₂ informará projetos futuros de materiais aprimorados para capturar os poluentes do ar ", disse Jiangnan Li, o primeiro autor e um Ph.D. estudante da Universidade de Manchester.

No passado, capturar gases de efeito estufa e gases tóxicos da atmosfera foi um desafio por causa de suas concentrações relativamente baixas e porque a água no ar compete e muitas vezes pode afetar negativamente a separação de moléculas de gás alvo de outros gases. Outro problema era encontrar uma maneira prática de filtrar e converter gases capturados em úteis, produtos de valor agregado. O material MFM-520 oferece soluções para muitos desses desafios.