Pesquisadores do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia estão enfrentando um desafio global da água com um material exclusivo projetado para atingir não um, mas dois poluentes tóxicos de metais pesados ​​para remoção simultânea.
Santa Jansone-Popova do ORNL, da Divisão de Ciências Químicas, e Ping Li, agora na Elementis Global, descobriram um adsorvente com alta seletividade para cromo e arsênico em condições reais onde os recursos hídricos contêm muitos elementos quimicamente semelhantes.

Resultados publicados em Pequeno demonstraram que o novo material captura cromo e arsênico em uma proporção equilibrada de 2 para 1. O avanço fundamental cria sinergia entre a captura de cromo e arsênico, de modo que quanto mais cromo o material captura, mais arsênico ele também pode remover.

“É raro que um adsorvente capture dois poluentes simultaneamente e funcione de forma rápida e eficiente em cenários realistas para abordar a ampla gama de condições da água em todo o mundo”, disse Jansone-Popova.

O cromo e o arsênico são dois dos poluentes mais perigosos encontrados na água potável em todo o mundo. Ambos são tóxicos e podem causar efeitos adversos à saúde, incluindo câncer. Mesmo níveis baixos representam riscos significativos para os organismos vivos porque as doses se bioacumulam ou se acumulam com cada exposição e podem atingir gradualmente quantidades prejudiciais. Esses elementos ocorrem naturalmente, mas sua presença no meio ambiente tem aumentado com a indústria e a urbanização como subprodutos da ampla mineração, produção e manufatura. As emissões afetam o ar, o solo e a água, mas a água potável é a via mais comum de exposição.

Na água, esses metais se dissolvem para formar oxoânions de cromato e arsenato, ou sais, que são quimicamente semelhantes aos minerais benéficos que estão naturalmente presentes na água, incluindo fosfato, sulfato, nitrato e bicarbonato. Cromato e arseniato são altamente móveis na água e podem ter impactos de longo alcance. Não se degradam e são permanentes no ambiente sem intervenção. São necessárias abordagens direcionadas para separar esses metais de sais minerais inofensivos que são vitais para o ecossistema.

A Jansone-Popova faz parte de um grupo ORNL especializado no estudo de adsorventes, materiais projetados para atingir elementos específicos e ligá-los a uma superfície. Os adsorventes têm amplas aplicações para ajudar a recuperar metais preciosos ou remover poluentes do meio ambiente.

“Eles são uma das opções de tratamento de água mais promissoras porque são acessíveis, facilmente implantados e podem funcionar rapidamente para filtrar o abastecimento de água, mas precisam ser adaptados para uso prático em cenários de limpeza”, disse Jansone-Popova. “O desafio é projetar materiais que possam efetivamente isolar vestígios de elementos nocivos que sejam muito semelhantes às espécies químicas encontradas na água”.

No design adsorvente, a seletividade é fundamental. Como a superfície de um material oferece espaço limitado, o objetivo é pegar apenas elementos direcionados e capturar o máximo possível antes que o adsorvente seja preenchido e precise ser substituído ou reciclado. Materiais pouco seletivos carecem de precisão para destacar alvos em ambientes mistos, como água, onde elementos semelhantes competem por espaço.

Jansone-Popova liderou anteriormente o projeto de um adsorvente com alta seletividade para cromato que funciona rapidamente e na presença de espécies concorrentes para descontaminar a água. Um estudo publicado em Ciência e Tecnologia Ambiental mostraram que o novo material diminuiu as concentrações de cromato em 100 vezes em um minuto (1 parte por milhão a 10 partes por bilhão) e atingiu um nível de uma ordem de magnitude abaixo dos limites permitidos estabelecidos pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA.

A parceria com Ping Li baseia-se na abordagem para desenvolver uma estrutura para capturar cromato e arseniato com um material.

"Nosso material inicial é altamente eficaz na captura de cromo em sua forma mais tóxica, o cromo hexavalente, mas a abordagem não foi projetada para ser seletiva para o arsênico", disse Li. “À medida que essa reação acontece, no entanto, o material muda, criando uma plataforma para novas químicas”.

Os pesquisadores modificaram a estrutura original para reduzir o cromo-6 capturado em um estado menos tóxico, o cromo-3. O cromo-3 também tem o benefício de fornecer um ponto de ancoragem para ligar o arsenato. A nova estrutura permite uma reação química que forma aglomerados estáveis ​​de cromato-arsenato que estão fortemente ligados à superfície. O resultado retém eficazmente as toxinas de forma permanente porque elas não serão lavadas ou desprendidas do material do filtro sem remoção intencional por processamento químico.

"Aproveitamos a captura eficiente de cromo hexavalente para introduzir uma nova arquitetura que também pode se ligar ao arsênico", disse Li.

Arsenato de cromato, outrora usado como aditivo em madeira tratada sob pressão, inspirou a estrutura.

A equipe patenteou a estrutura e está trabalhando com colaboradores para ampliar a abordagem de outros poluentes ambientais.

“Descobertas fundamentais como essas podem nos ajudar a reduzir poluentes tóxicos no meio ambiente e cumprir as metas regulatórias para água limpa”, disse Jansone-Popova. + Explorar mais

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