Os metais são um dos materiais mais usados ​​no mundo - eles são usados ​​em utensílios de cozinha, Ferramentas, aparelhos elétricos, Fios elétricos, chips de computador, joias e assim por diante. Com a crescente demanda por produtos de metal, é crucial promover métodos sustentáveis ​​e ecológicos de reciclagem de resíduos de metal para ajudar a reduzir o impacto ambiental do uso de metais na economia.

As abordagens convencionais para a reciclagem de resíduos de metal consomem muita energia e alguns desses métodos também geram subprodutos ambientalmente prejudiciais, como amônia e metano durante a reciclagem de alumínio.

Para enfrentar este desafio, uma equipe de pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) demonstrou uma nova técnica ecológica para converter resíduos de alumínio e magnésio em alto valor, aerogéis multifuncionais. Este método de reciclagem pode ser aplicado a todos os tipos de resíduos de metal na forma de energia, como chips de metal e lixo eletrônico.

"Nossa abordagem é mais barata, não produz nenhum resíduo perigoso, consome menos energia e é mais ecológico do que os métodos convencionais de reciclagem de resíduos de metal. Os aerogéis à base de metal criados usando nossa técnica de fabricação exclusiva têm alta estabilidade térmica e mecânica. Portanto, eles são candidatos promissores para isolamento térmico e acústico em ambientes hostis com alta temperatura ou alto impacto mecânico. Também estamos explorando novos usos para esses aerogéis, como aplicações biomédicas, "explicou o líder da equipe de pesquisa, o professor associado Duong Hai-Minh, que é do Departamento de Engenharia Mecânica da NUS.

Este último avanço tecnológico alcançado pelo Professor Associado Duong e sua equipe se baseia em seus sucessos anteriores no desenvolvimento de aerogéis usando diferentes tipos de resíduos, como plásticos, têxteis, papel, folhas de abacaxi e outros tipos de resíduos alimentares e agrícolas.

Simples, processo de fabricação de baixo custo

A equipe da NUS desenvolveu um processo de fabricação simples para criar aerogéis à base de metal. Resíduos de metal são primeiro triturados em pó e misturados com reticuladores químicos. A mistura é aquecida no forno, congelado e, em seguida, liofilizado para criar o aerogel. O processo pode variar ligeiramente dependendo dos resíduos de metal envolvidos. Na média, leva cerca de um a três dias para transformar resíduos de metal em pó em aerogéis, em comparação com três a sete dias usando métodos convencionais de produção de aerogéis.

O processo simples também significa que os aerogéis à base de metal podem ser produzidos a um custo muito mais baixo. Usando a técnica desenvolvida pela equipe NUS, uma peça de aerogel à base de metal com 1 m² de tamanho e 1 cm de espessura custa menos de S $ 10,50 para ser produzida, metade do preço do aerogel de sílica disponível no mercado.

Aerogéis à base de metal como materiais de construção versáteis

Os aerogéis são altamente absorventes, extremamente leve, e eles têm excelentes capacidades de isolamento térmico e acústico. Em seus trabalhos anteriores, O professor associado Duong e sua equipe mostraram que as propriedades dos aerogéis podem ser alteradas revestindo-os com produtos químicos, por exemplo, eles podem se tornar repelentes de água ou resistentes ao fogo.

Em seu último trabalho, a equipe NUS identificou novas aplicações interessantes para aerogéis baseados em metal. Uma aplicação promissora é para ser usado como materiais de construção leves.

"Nosso aerogel de alumínio é 30 vezes mais leve e isola o calor 21 vezes melhor do que o concreto convencional. Quando as fibras ópticas são adicionadas durante a fase de mistura, podemos criar aerogéis de alumínio translúcido que, como materiais de construção, pode melhorar a iluminação natural, reduza o consumo de energia para iluminação e ilumine áreas escuras ou sem janelas. O concreto translúcido também pode ser usado para construir calçadas e redutores de velocidade que se iluminam à noite para melhorar a segurança dos pedestres e do tráfego rodoviário, "Assoc Prof Duong adicionado.

Os aerogéis de alumínio translúcido criados pela equipe da NUS são seis vezes mais leves, seis vezes melhor em isolamento térmico e 120 vezes mais barato em relação ao concreto translúcido comercial (LiTraCon).

Quando revestido com um produto químico chamado metiltrietoxissilano (MTEOS), os aerogéis de alumínio podem repelir a água e se tornar um material de construção autolimpante que permite que a sujeira ou detritos sejam facilmente removidos ao entrar em contato com a água.

Aerogéis à base de metal também são adequados como placas retardantes de fogo, materiais de isolamento térmico em edifícios e sistemas de tubulação, para absorção de contaminantes transportados pelo ar para ambientes internos, e limpeza de derramamento de óleo.

Aerogéis à base de metal para cultivo de células

A equipe da NUS também está estudando o uso de aerogéis para aplicações biomédicas.

"No momento, estamos trabalhando com um parceiro comercial para testar nossos aerogéis de alumínio como microtransportadores para o cultivo de células. Microtransportadores são microesferas de tamanho para as células se ancorarem e crescerem. Nossos primeiros testes foram realizados em células-tronco, usando uma linha celular comumente usada para testes de drogas, bem como cosméticos, e os resultados são muito encorajadores, "explicou Assoc Prof Duong.

Para serem usados ​​como microtransportadores, aerogéis de alumínio são moídos em pó e adicionados à mistura de células e meios de crescimento (incluindo nutrientes, antibióticos e suplementos de crescimento). As células são cultivadas a 37 graus Celsius em uma incubadora por 12 dias. Os microtransportadores são então removidos e as células são colhidas para vários usos.

"Após 12 dias de incubação, nossos experimentos obtiveram um rendimento de 70%. Esta é a primeira demonstração bem-sucedida de células em crescimento usando aerogéis. Precisamos conduzir mais estudos para otimizar as condições de cultura e atender aos requisitos de biocompatibilidade. Este é um desenvolvimento empolgante que pode abrir portas para um uso mais amplo de aerogéis para aplicações não convencionais, como testes de drogas e cosméticos, desenvolvimento de vacinas e engenharia de tecidos, "Assoc Prof Duong explicou.

A equipe NUS publicou recentemente seu trabalho na criação de aerogéis usando resíduos de alumínio no Jornal de Ciclos de Materiais e Gestão de Resíduos em 22 de fevereiro de 2021. O professor associado Duong e sua equipe também estão em discussão com parceiros da indústria para comercializar a tecnologia para a fabricação de aerogéis à base de metal.

Na próxima fase da pesquisa, a equipe da NUS também está procurando desenvolver aerogéis à base de metal para aplicações que requerem tolerância a temperaturas extremamente altas, como para aplicações militares.