É preciso muita energia para coletar, limpe e descarte a água contaminada. Alguns contaminantes, como arsênico, ocorrem em baixas concentrações, exigindo processos de remoção seletiva ainda mais intensivos em energia.

Em um novo jornal, pesquisadores abordam essa relação água-energia introduzindo um dispositivo que pode purificar e remediar a água contaminada com arsênico em uma única etapa. Usando eletrodos de polímero especializados, o dispositivo pode reduzir o arsênico na água em mais de 90%, enquanto usa cerca de 10 vezes menos energia do que outros métodos.

Os resultados do novo estudo são publicados na revista Materiais avançados . O arsênico é um elemento natural que entra nos aquíferos, riachos e lagos quando a água reage com rochas contendo arsênio e é considerada altamente tóxica, disseram os pesquisadores. Este é um problema global que afeta mais de 200 milhões de pessoas em 70 países.

Nem todo arsênico é igual, disse Xiao Su, um professor de engenharia química e biomolecular da Universidade de Illinois que dirigiu o estudo. A forma mais perigosa de arsênico, conhecido como arsenito, é altamente reativo com tecidos biológicos, mas se converte em uma forma menos tóxica, chamado arsenato, através de uma simples reação de oxidação.

"Podemos remover o arsenito da água usando absorventes, membranas especializadas ou evaporação, mas todos esses são processos que consomem muita energia e, em última análise, deixam para trás muitos resíduos tóxicos, "Su disse." Por ter um dispositivo que pode capturar arsenito com alta seletividade e convertê-lo em uma forma menos tóxica, podemos reduzir a toxicidade dos resíduos enquanto purificamos a água. "

O dispositivo de prova de conceito funciona integrando as etapas de separação e reação de contaminantes em uma única unidade com uma célula eletrocatalítica - semelhante a uma bateria que usa polímeros redox ativos. Quando a água contaminada entra no dispositivo, o primeiro eletrodo de polímero captura seletivamente o arsenito e o envia para o outro eletrodo de polímero, onde é despojado de dois de seus elétrons - ou oxidado - para formar arseniato. Água pura então sai do dispositivo, e o resíduo de arseniato é concentrado para posterior descarte, Su disse.

“O processo é movido por reações eletroquímicas, portanto, o dispositivo não requer muita eletricidade para funcionar e permite a reutilização dos eletrodos com base apenas no potencial eletroquímico, "Su disse." Combinar as etapas de separação e reação em um dispositivo é um exemplo do que chamamos de intensificação de processos, que acreditamos ser uma abordagem importante para abordar as questões ambientais relacionadas à energia e água - em particular, a quantidade de energia necessária para purificar e remediar a água contaminada. "

Além de melhorar a sustentabilidade e eficiência energética, esta abordagem eletroquímica tem vantagens para implantação em campo, disseram os pesquisadores. Os usuários podem operar o dispositivo usando painéis solares em áreas onde a eletricidade é escassa, como em partes rurais de Bangladesh, um país onde mais de 60% da população é afetada por água contaminada com arsênico, disseram os pesquisadores.

Há desafios a serem enfrentados antes que o dispositivo esteja pronto para implementação no mundo real. "Precisamos aumentar a estabilidade dos eletrodos porque esse processo precisará ser ciclado várias vezes durante a execução, "Su disse." Estamos usando produtos muito especializados, materiais poliméricos altamente avançados para os eletrodos. Contudo, precisamos ter certeza de que os projetamos não apenas para serem altamente seletivos para o arsênico, mas também muito estável e robusto, de modo que não precisam ser substituídos constantemente. Isso exigirá mais desenvolvimento químico para ser superado. "