p Universidade da Califórnia, Berkeley, os químicos descobriram uma maneira de simplificar a remoção de metais tóxicos. como mercúrio e boro. durante a dessalinização para produzir água limpa, enquanto, ao mesmo tempo, potencialmente captura metais valiosos, como ouro. p A dessalinização - a remoção do sal - é apenas uma etapa no processo de produção de água potável, ou água para agricultura ou indústria, do oceano ou águas residuais. Antes ou depois da remoção do sal, a água muitas vezes precisa ser tratada para remover o boro, que é tóxico para as plantas, e metais pesados ​​como arsênio e mercúrio, que são tóxicos para os humanos. Muitas vezes, o processo deixa para trás uma salmoura tóxica que pode ser difícil de eliminar.

p A nova técnica, que pode ser facilmente adicionado aos processos atuais de dessalinização por eletrodiálise com base em membrana, remove quase 100% desses metais tóxicos, produzindo uma salmoura pura junto com água pura e isolando os metais valiosos para uso posterior ou descarte.

p "As estações de dessalinização ou tratamento de água normalmente requerem uma longa série de sistemas de alto custo, sistemas de pré e pós-tratamento que toda a água tem que passar, um por um, "disse Adam Uliana, um estudante de graduação da UC Berkeley que é o primeiro autor de um artigo que descreve a tecnologia. "Mas aqui, temos a capacidade de fazer várias dessas etapas em uma, que é um processo mais eficiente. Basicamente, você pode implementá-lo em configurações existentes. "

p Os químicos da UC Berkeley sintetizaram membranas de polímero flexível, como aqueles usados ​​atualmente em processos de separação por membrana, mas nanopartículas incorporadas que podem ser ajustadas para absorver íons de metal específicos - íons de ouro ou urânio, por exemplo. A membrana pode incorporar um único tipo de nanopartícula sintonizada, se o metal for recuperado, ou vários tipos diferentes, cada um ajustado para absorver um metal ou composto iônico diferente, se vários contaminantes precisarem ser removidos em uma etapa.

p A membrana de polímero misturada com nanopartículas é muito estável em água e em altas temperaturas, o que não é verdade para muitos outros tipos de absorvedores, incluindo a maioria das estruturas metal-orgânicas (MOFs), quando incorporado em membranas.

p Os pesquisadores esperam poder ajustar as nanopartículas para remover outros tipos de produtos químicos tóxicos, incluindo um contaminante comum de água subterrânea:PFAS, ou substâncias polifluoroalquílicas, que são encontrados em plásticos. O novo processo, que eles chamam de eletrodiálise por captura de íons, também poderia potencialmente remover isótopos radioativos de efluentes de usinas nucleares.

p Em seu estudo, a ser publicado esta semana no jornal Ciência , Uliana e o autor sênior Jeffrey Long, Professor de química da UC Berkeley, demonstrar que as membranas de polímero são altamente eficazes quando incorporadas em sistemas de eletrodiálise baseados em membrana - onde uma voltagem elétrica impulsiona íons através da membrana para remover sal e metais - e diálise de difusão, que é usado principalmente no processamento químico.

p "A eletrodiálise é um método conhecido para fazer a dessalinização, e aqui estamos fazendo isso de uma forma que incorpora essas novas partículas no material da membrana e captura íons tóxicos direcionados ou solutos neutros, como o boro, "Long disse." Então, enquanto você está conduzindo íons através desta membrana, você também está descontaminando a água para, dizer, mercúrio. Mas essas membranas também podem ser altamente seletivas para a remoção de outros metais, como cobre e ferro, em alta capacidade. "

p A escassez global de água exige a reutilização de águas residuais

p A escassez de água está se tornando comum em todo o mundo, incluindo na Califórnia e no oeste americano, exacerbada pela mudança climática e pelo crescimento populacional. As comunidades costeiras estão cada vez mais instalando usinas para dessalinizar a água do oceano, mas comunidades do interior, também, estão procurando maneiras de transformar fontes contaminadas - águas subterrâneas, escoamento agrícola e resíduos industriais - em limpeza, água segura para as plantações, casas e fábricas.

p Embora a osmose reversa e a eletrodiálise funcionem bem para remover o sal de fontes de água de alta salinidade, como a água do mar, a salmoura concentrada deixada para trás pode ter altos níveis de metais, incluindo cádmio, cromo, mercúrio, liderar, cobre, zinco, ouro e urânio.

p Mas o oceano está se tornando cada vez mais poluído pela indústria e pelo escoamento agrícola, e fontes interiores ainda mais.

p "Isso seria especialmente útil para as áreas com baixos níveis de contaminantes que ainda são tóxicos nesses baixos níveis, bem como diferentes locais de águas residuais que têm muitos tipos de íons tóxicos em seus fluxos, "Long disse.

p A maioria dos processos de dessalinização remove o sal - que existe em grande parte como íons de sódio e cloro na água - usando uma membrana de osmose reversa, que permite a passagem da água, mas não íons, ou um polímero de troca iônica, que permite a passagem de íons, mas não água. A nova tecnologia apenas adiciona nanopartículas porosas, cada um com cerca de 200 nanômetros de diâmetro, que capturam íons específicos, permitindo o sódio, cloro e outras moléculas carregadas não direcionadas para passar.

p Longos projetos e estudos de materiais porosos que podem ser decorados com moléculas exclusivas que capturam compostos direcionados de fluxos líquidos ou gasosos:dióxido de carbono das emissões de usinas de energia, por exemplo. As nanopartículas usadas nessas membranas poliméricas são chamadas de estruturas aromáticas porosas, ou PAFs, que são redes tridimensionais de átomos de carbono ligados por compostos feitos de várias moléculas em forma de anel - grupos químicos chamados de compostos aromáticos. A estrutura interna está relacionada com a de um diamante, mas com a ligação entre os átomos de carbono alongada pelo ligante aromático para criar muito espaço interno. Várias moléculas podem ser anexadas aos ligantes aromáticos para capturar produtos químicos específicos.

p Para capturar mercúrio, por exemplo, compostos de enxofre chamados tióis, que são conhecidos por se ligarem fortemente ao mercúrio, estão inclusos. Adicionados grupos de enxofre metilado permitem a captura de cobre, e grupos contendo oxigênio e ferro de captura de enxofre. As nanopartículas alteradas constituem cerca de 20% do peso da membrana, mas, porque são muito porosos, representam cerca de 45% do volume.

p Os cálculos sugerem que um quilograma da membrana de polímero poderia retirar essencialmente todo o mercúrio de 35, 000 litros de água contendo 5 partes por milhão (ppm) do metal, antes de requerer a regeneração da membrana.

p Uliana mostrou em seus experimentos que o ácido bórico, um composto de boro que é tóxico para as plantações, podem ser removidos por essas membranas, embora com diálise de difusão que depende de um gradiente de concentração para conduzir o produto químico - que não é iônico, como metais - através da membrana a ser capturada pelas nanopartículas de PAF.

p "Experimentamos diferentes tipos de água de alta salinidade, por exemplo, lençóis freáticos, águas residuais industriais e também água salobra - e o método funciona para cada uma delas, "disse ele." Parece ser versátil para diferentes fontes de água; esse foi um dos princípios de design que queríamos colocar nisso. "

p Uliana também demonstrou que as membranas podem ser reutilizadas muitas vezes - pelo menos 10, mas provavelmente mais - sem perder sua capacidade de absorver metais iônicos. E as membranas contendo PAFs ajustados para absorver metais liberam facilmente seus metais absorvidos para captura e reutilização.

p “É uma tecnologia onde, dependendo de quais são suas impurezas tóxicas, você pode personalizar a membrana para lidar com esse tipo de água, "Long acrescentou." Você pode ter problemas com chumbo, dizer, em Michigan, ou ferro e arsênico em Bangladesh. Então, você direciona as membranas para fontes de água contaminada específicas. Esses materiais realmente o derrubam a níveis muitas vezes incomensuráveis. "