Pesquisadores estimam que as emissões de mercúrio na atmosfera quadruplicaram desde a Revolução Industrial. O metal pesado, gerado pela queima de combustíveis fósseis e pela eliminação de resíduos industriais e médicos, tornou-se tão persistente em ambientes aquáticos que a Food and Drug Administration dos EUA sugere que cerca de meia dúzia de espécies de peixes estão tão contaminadas com mercúrio que as pessoas devem evitar consumir eles. Os pesquisadores trabalham há muitos anos para desenvolver sistemas para remover o mercúrio da água. Mas uma equipe da Universidade Drexel pode ter encontrado o material certo para capturar com eficiência o mercúrio evasivo – mesmo em níveis baixos – e limpar corpos de água contaminados.
Entre muitos métodos de remoção de mercúrio da água, adsorção - o processo de atrair e remover contaminantes quimicamente - é a tecnologia mais promissora devido à sua relativa simplicidade, eficiência e baixo custo, de acordo com o professor da Drexel College of Engineering Masoud Soroush, Ph.D. , cujo laboratório está desenvolvendo uma nova tecnologia de adsorção.

"Adsorventes modernos, como resinas, sílica mesoporosa, calcogenídeos e carbonos mesoporosos, têm eficiências mais altas do que adsorventes tradicionais, como carvão ativado, argilas e zeólitas que têm baixa afinidade com mercúrio e baixas capacidades", disse Soroush. "No entanto, o problema com todos esses materiais é que suas eficiências de remoção de mercúrio ainda são baixas e eles são incapazes de reduzir o nível de mercúrio para menos de 1 parte por bilhão".

A equipe de pesquisadores de Soroush da Drexel e da Temple University explorou a síntese e o uso de um carboneto de titânio modificado na superfície MXene para remoção de mercúrio. Os MXenes são uma família de nanomateriais bidimensionais que foi descoberta na Drexel há mais de uma década e demonstrou muitas propriedades excepcionais. A equipe recentemente relatou seus resultados no Journal of Hazardous Materials .

Para a remoção de íons de mercúrio, as vantagens do carboneto de titânio MXene, de acordo com Soroush, são sua superfície carregada negativamente e a sintonizabilidade e versatilidade de sua química de superfície, tornando o MXene atraente para a remoção de íons de metais pesados. Devido a essas propriedades e à estrutura em camadas do MXene, os materiais à base de carboneto de titânio à base de MXene mostraram desempenho superior na separação de gases, remoção de sal da água, eliminação de bactérias e diálise renal.

“Sabíamos que materiais 2D, como óxido de grafeno e dissulfeto de molibdênio, já eram eficazes na remoção de metais pesados ​​de águas residuais por meio de adsorção por causa de suas funcionalidades/estruturas químicas que atraem íons metálicos”, disse Soroush. "Os MXenes são um tipo semelhante de materiais, mas estimamos que o carboneto de titânio MXene poderia ter capacidades de absorção muito maiores do que esses outros materiais - tornando-o um melhor sorvente para íons de mercúrio".

Mas a equipe de Soroush precisava fazer um ajuste importante na estrutura química do carboneto de titânio MXene para melhorar ainda mais o material para uma de suas tarefas mais desafiadoras.

“O mercúrio é chamado de mercúrio por uma razão – é bastante evasivo uma vez emitido no meio ambiente, seja pela queima de combustíveis fósseis, mineração ou incineração de resíduos”, disse Soroush. "Ele rapidamente muda sua forma química - aumentando sua toxicidade e tornando tremendamente difícil de remover dos corpos d'água onde inevitavelmente se acumula. Então, para atrair íons de mercúrio ainda mais rápido, precisávamos modificar a superfície dos flocos de carboneto de titânio MXene."

Existe uma atração natural entre os íons de mercúrio e a superfície do carboneto de titânio MXene, pois os íons metálicos, como o mercúrio, são carregados positivamente e a superfície dos flocos de MXene é carregada negativamente. No entanto, para puxar os íons de mercúrio da água com mais força, a equipe precisava dar um impulso a essa atração. Para este fim, eles trataram os flocos de MXene com ácido cloroacético - um processo chamado carboxilação - que fornece ao MXene grupos de ácido carboxílico altamente móveis e fortes e aumenta a carga negativa da superfície dos flocos de MXene, melhorando a capacidade dos flocos de atrair e reter íons de mercúrio.

O resultado foi um novo material sorvente - carboneto de titânio carboxilado MXene, que demonstrou uma absorção mais rápida de íons de mercúrio e maior capacidade do que todos os adsorventes comercialmente disponíveis, de acordo com os pesquisadores.

"O carboneto de titânio carboxilado MXene provou ser muito superior ao material sorvente atualmente usado para remoção de íons de mercúrio", disse Soroush. "Em um minuto, foi capaz de remover 95% dos íons de mercúrio de uma amostra de água contaminada a uma concentração de 50 partes por milhão, o que significa que pode ser eficaz e eficiente o suficiente para uso no tratamento de águas residuais em grande escala".

Em cinco minutos, o carboneto de titânio MXene e o carboneto de titânio carboxilado MXene removeram 98% dos íons de mercúrio de uma amostra de 10 mililitros de água contaminada com íons de mercúrio em concentrações entre 1 e 1.000 partes por milhão.

"Isso indica que tanto [MXene] quanto [MXene carboxilado] são adsorventes eficazes para remover íons de mercúrio de águas residuais devido às suas propriedades estruturais especiais e alta densidade de grupos funcionais de superfície", escreveu a equipe. "Geralmente, o mecanismo de adsorção de íons metálicos segue duas etapas; no início, os íons são rapidamente adsorvidos nos sítios ativos disponíveis, e o processo é rápido. difundir nos poros e na camada intermediária."

O desenvolvimento é significativo na batalha para conter a poluição por mercúrio, que se tornou tão difundida que as autoridades de saúde recomendam evitar completamente o consumo de certas espécies de peixes. Os esforços para conter o mercúrio liberado pela queima de combustíveis fósseis provaram ser tão desafiadores quanto reduzir a dependência dos próprios combustíveis.

Embora afastar-se das fontes de energia poluentes seja a solução definitiva para evitar a liberação de metais pesados, como o mercúrio no meio ambiente, Soroush sugere que esse avanço pode levar a novas possibilidades para limpar a poluição que já foi criada.

"Prevemos que o uso da tecnologia MXene carboxilado remova todos os íons de metais pesados", disse ele. "Além de usar o MXene carboxilado como sorvente, outra forma de conseguir isso é fabricar filtros revestidos ou embutidos com o MXene carboxilado." + Explorar mais

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