Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura), em colaboração com a ETH Zurich, Suíça (ETHZ), criaram uma membrana feita a partir de um resíduo da fabricação de óleo vegetal que pode filtrar metais pesados ​​da água contaminada.
A equipe de pesquisa, liderada pelo professor Ali Miserez da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais e da Escola de Ciências Biológicas e do professor visitante da NTU Raffaele Mezzenga do Departamento de Ciência e Tecnologia da Saúde da ETHZ, descobriu que as proteínas derivadas dos subprodutos da a produção de óleo de amendoim ou girassol pode atrair íons de metais pesados ​​de forma muito eficaz.

Em testes, eles mostraram que esse processo de atração, chamado adsorção, foi capaz de purificar a água contaminada em um grau que atende aos padrões internacionais de consumo.

A membrana dos pesquisadores tem o potencial de ser um método barato, de baixo consumo de energia, sustentável e escalável para descontaminar metais pesados ​​da água.

Prof. Miserez disse:"A poluição da água continua sendo um grande problema global em muitas partes do mundo. Os metais pesados ​​representam um grande grupo de poluentes da água que podem se acumular no corpo humano, causando câncer e doenças mutagênicas. As tecnologias atuais para removê-los são energia -intensivos, exigindo energia para operar, ou são altamente seletivos no que filtram."

"Nossas membranas à base de proteínas são criadas por meio de um processo verde e sustentável e requerem pouca ou nenhuma energia para funcionar, tornando-as viáveis ​​para uso em todo o mundo e especialmente em países menos desenvolvidos. Nosso trabalho coloca o metal pesado em seu lugar - como um gênero musical e não um poluente na água potável", disse o Prof. Miserez.

Os resultados da pesquisa da equipe foram publicados no Chemical Engineering Journal em abril. Seu foco de pesquisa em trazer segurança hídrica está alinhado com o plano estratégico NTU 2025 e o objetivo da universidade de mitigar o impacto da humanidade no meio ambiente.

Transformando farinhas de oleaginosas em filtros de água

A produção de óleos vegetais domésticos comerciais gera subprodutos residuais chamados farinhas de oleaginosas. Estas são as sobras ricas em proteínas que permanecem após o óleo ter sido extraído da planta crua.

A equipe de pesquisa liderada pela NTU usou as farinhas de oleaginosas de dois óleos vegetais comuns, óleos de girassol e amendoim. Depois de extrair as proteínas das farinhas de oleaginosas, a equipe as transformou em fibrilas amilóides de proteínas de tamanho nano, que são estruturas semelhantes a cordas feitas de proteínas firmemente enroladas. Essas fibrilas de proteína são atraídas por metais pesados ​​e agem como uma peneira molecular, prendendo íons de metais pesados ​​à medida que passam.

Um quilo de farinha de oleaginosas produz cerca de 160g de proteína.

O primeiro autor do artigo, NTU Ph.D. O estudante Sr. Soon Wei Long, disse:"As farinhas de girassol e amendoim ricas em proteínas são matérias-primas de baixo custo, das quais a proteína pode ser extraída, isolada e auto-montada em fibrilas amilóides funcionais para remoção de metais pesados. Este é o primeiro tempo em que as fibrilas amilóides foram obtidas a partir de proteínas de girassol e amendoim."

Os pesquisadores combinaram as fibrilas amiloides extraídas com carvão ativado – um material de filtração comumente usado – para formar uma membrana híbrida. Eles testaram suas membranas em três poluentes comuns de metais pesados:platina, cromo e chumbo.

À medida que a água contaminada flui através da membrana, os íons de metais pesados ​​aderem à superfície das fibrilas amiloides – um processo chamado adsorção. A alta relação superfície-volume das fibrilas amilóides as torna eficientes na adsorção de uma grande quantidade de metais pesados.

A equipe descobriu que suas membranas filtravam até 99,89% dos metais pesados. Entre os três metais testados, o filtro foi mais eficaz para chumbo e platina, seguido pelo cromo.

"O filtro pode ser usado para filtrar qualquer tipo de metal pesado, e também poluentes orgânicos como PFAS (substâncias perfluoroalquil e polifluoroalquil), que são produtos químicos que têm sido usados ​​em uma ampla gama de produtos de consumo e industriais", disse o Prof. Miserez. “As fibrilas amilóides contêm ligações de aminoácidos que prendem e intercalam partículas de metal pesado entre elas enquanto deixam a água passar”.

Os pesquisadores dizem que a concentração de metais pesados ​​na água contaminada determinará quanto volume de água a membrana pode filtrar. Uma membrana híbrida feita com amilóides de proteína de girassol exigirá apenas 16 kg de proteína para filtrar o volume equivalente de uma piscina olímpica contaminada com 400 partes por bilhão (ppb) de chumbo em água potável.

"O processo é facilmente escalável devido à sua simplicidade e uso mínimo de reagentes químicos, apontando para tecnologias de tratamento de água sustentáveis ​​e de baixo custo", disse o Sr. Soon. "Isso nos permite reprocessar fluxos de resíduos para outras aplicações e explorar completamente diferentes resíduos de alimentos industriais em tecnologias benéficas.

Os metais presos também podem ser extraídos e reciclados. Após a filtração, a membrana usada para prender os metais pode simplesmente ser queimada, deixando para trás os metais.

"Enquanto metais como chumbo ou mercúrio são venenosos e podem ser descartados com segurança, outros metais, como a platina, têm aplicações valiosas na criação de eletrônicos e outros equipamentos sensíveis", disse o Prof. Miserez.

“Recuperar a preciosa platina, que custa US$ 33.000/kg, requer apenas 32 kg de proteína, enquanto a recuperação do ouro, que vale quase US$ 60.000/kg, requer apenas 16 kg de proteína. valendo menos de US$ 1/kg, há grandes benefícios de custo."

Filtragem sustentável e de baixo consumo

O coautor do artigo, Prof. Raffaele Mezzenga, havia descoberto anteriormente em 2016 que as proteínas do soro derivadas do leite de vaca tinham propriedades semelhantes de atração de metais.

Os pesquisadores perceberam que as proteínas da farinha de oleaginosas também podem ter propriedades semelhantes. Seus experimentos mostraram que essas proteínas não eram apenas tão eficazes, mas também mais baratas e mais sustentáveis, pois usam resíduos que seriam descartados ou usados ​​​​como alimento para ração animal.

Outra grande vantagem, dizem os pesquisadores, é que essa filtragem requer pouca ou nenhuma energia, ao contrário de outros métodos, como a osmose reversa, que exigem eletricidade.

"Com nossa membrana, a gravidade faz a maior parte ou todo o trabalho", disse o Prof. Mezzenga. "Este método de filtragem de baixa potência pode ser muito útil em áreas onde pode haver acesso limitado à eletricidade e energia." + Explorar mais

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