Um processo químico simples desenvolvido na Rice University cria aerogéis leves e altamente absorventes que podem levar uma surra.

Estruturas orgânicas covalentes (COFs), estruturas cristalinas com fortes ligações moleculares, pode formar um aerogel poroso para uso como uma membrana personalizada em baterias ou outros dispositivos ou como um absorvente para remover poluentes do meio ambiente.

COFs convencionais geralmente são pós. O engenheiro químico e biomolecular Rafael Verduzco, Os principais autores e alunos de pós-graduação do Rice, Dongyang Zhu e Yifan Zhu, e seus colegas da Brown School of Engineering de Rice descobriram uma maneira de sintetizar aerogéis COF que podem ser feitos em qualquer forma e em qualquer tamanho, limitado apenas pela câmara de reação.

O processo relatado no American Chemical Society's Química de Materiais emprega monômeros COF, um solvente e um catalisador. Quando misturado e aquecido a 80 graus Celsius (176 graus Fahrenheit), eles se tornam um gel uniforme. Lavar e secar o gel para remover o solvente deixa para trás o aerogel em forma de andaime com poros entre 20 e 100 mícrons.

"A grande vantagem dos polímeros é que você pode dissolvê-los em um solvente, você pode pulverizar casaco, gire o casaco e mergulhe-os, e são fáceis e baratos de trabalhar, "Disse Verduzco." Mas os COFs não são. Eles são um pó insolúvel e difícil de fazer qualquer coisa, mas eles são realmente promissores para aplicações porque você pode projetá-los ou projetá-los quase da maneira que quiser no nível molecular. Eles são como blocos de Lego e você pode escolher as formas moleculares, tamanhos e características que você gostaria de incluir no material final.

"Estávamos procurando maneiras de tornar os COFs mais fáceis de trabalhar, mais como polímeros, e descobrimos que, sob condições de reação particulares, eles formariam um gel, "disse ele." Quando você extrai o solvente, você pega essa espuma muito leve, ou aerogel. "

Verduzco disse que os aerogéis COF podem ser uma adição valiosa aos absorventes industriais agora em uso para remediação, porque suas estruturas porosas podem ser personalizadas.

O laboratório formulou seis aerogéis e encontrou suas propriedades de remediação com vários corantes, óleos e nanopartículas de ouro eram muito melhores e mais rápidos do que os pós COF. Em um teste com vapor de iodo, um produto da fissão nuclear, o aerogel absorveu 7,7 gramas de iodo por grama de aerogel, significativamente melhor do que um pó COF do mesmo material.

Os pesquisadores descobriram que os aerogéis podiam ser lavados e reutilizados pelo menos 10 vezes sem deformar. "Eles são muito macios, mas você pode esmagá-los com a mão e eles voltam, "Disse Verduzco.

Ele vê um potencial ainda maior para COFs como membranas para separar componentes em baterias avançadas, o assunto de um artigo de revisão recente liderado por Dongyang Zhu em Materiais Funcionais Avançados .

Eles também podem imitar membranas biológicas. "Ninguém descobriu como separar de forma eficiente uma mistura de íons ou moléculas que têm aproximadamente o mesmo tamanho e forma, mas com esta classe de materiais, podemos controlar com precisão os tamanhos e formas dos poros, "Disse Verduzco.

"As membranas biológicas separam íons do mesmo tamanho e carga por meio de pequenas mudanças na funcionalidade dos poros que preferencialmente ligam um íon ou outro, "disse ele." Acho que podemos começar a fazer materiais sintéticos com propriedades semelhantes. "

O laboratório está desenvolvendo uma biblioteca de aerogéis COF para testar em aplicações. "Há muito o que explorar aqui, "Disse Verduzco.