Os corantes sintéticos são usados ​​em uma ampla variedade de indústrias e constituem uma séria preocupação quando se trata de poluição da água. Esses corantes não são apenas tóxicos, mas também persistem no meio ambiente por muito tempo sem degradação. A maioria das abordagens para remover corantes sintéticos da água é baseada na adsorção – um fenômeno em que uma molécula química se liga à superfície de um substrato chamado adsorvente. Sistemas à base de carbono são comumente adotados como adsorventes, mas são limitados pela necessidade de uma rota de descarte segura para o adsorvente usado e pela incapacidade de reutilizar o material. Muitos polímeros também têm sido investigados como adsorventes, mas apresentam baixa solubilidade e estabilidade em água.
Recentemente, uma equipe internacional de pesquisadores—incluindo o Prof. Wei-Hsin Chen da Universidade Nacional Cheng Kung, Taiwan—desenvolveu uma nova solução baseada em nanocompósitos ecologicamente correto e reutilizável para remover corantes tóxicos de águas residuais. O artigo que descreve o estudo foi disponibilizado on-line em 31 de julho de 2021 e publicado no volume 421 do Journal of Hazardous Materials em 5 de janeiro de 2022.

"Carboximetilcelulose (CMC) é um derivado de celulose barato que é fácil de produzir, ecologicamente correto e biocompatível. Mas tem propriedades térmicas e mecânicas relativamente pobres. Em nosso estudo, melhoramos com sucesso o CMC combinando-o com ácido poliacrílico (PAA ). Os materiais preparados podem ser adsorventes eficientes para poluentes iônicos no tratamento de águas residuais", diz o Prof. Chen.

O CMC é um polímero bem caracterizado e barato derivado da celulose natural, um polímero abundante encontrado em plantas e microalgas como Chlorella sp. Neste estudo, os pesquisadores combinaram CMC com PAA – um polímero amante da água, não tóxico e seguro – e carregaram os hidrogéis resultantes com óxido de grafeno. Finalmente, submetendo esses hidrogéis a repetidos ciclos de lavagem e liofilização, eles converteram os hidrogéis em "aerogéis", que são redes sólidas porosas contendo bolsas de ar com alta capacidade de adsorção.

A equipe de pesquisa então caracterizou os aerogéis usando microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo e técnicas de laboratório e descobriu que diferentes níveis de óxido de grafeno criavam poros de tamanhos diferentes dentro do aerogel. Eles descobriram que a adição de óxido de grafeno aumentou a área de superfície específica e a estabilidade térmica dos hidrogéis nanocompósitos. Eles também viram que o tamanho dos poros dos hidrogéis diminuiu com o aumento das concentrações de óxido de grafeno. Além disso, o aerogel desenvolvido neste estudo tinha uma capacidade de adsorção de 138 mg/g de azul de metileno após 250 min - que está entre as maiores capacidades de adsorção de azul de metileno relatadas na literatura. De acordo com o Prof. Chen, "O adsorvente desenvolvido neste estudo é ecologicamente correto e econômico, indicando seu alto potencial de aplicação para a remoção de corantes catiônicos de águas residuais".

Finalmente, os pesquisadores viram que os novos hidrogéis retinham cerca de 90% de sua capacidade de adsorção mesmo após nove ciclos de uso e regeneração.

Eles então queriam investigar o mecanismo por trás da alta capacidade de adsorção dos hidrogéis, então eles realizaram simulações da teoria funcional da densidade (DFT). Os resultados de suas simulações sugeriram que o azul de metileno se ligava mais fortemente ao óxido de grafeno do que ao CMC ou PAA. Eles também viram que a adsorção do azul de metileno no óxido de grafeno no nanocompósito ocorreu por meio de ligações de elétrons pi, ligações de hidrogênio e interações eletrostáticas.

Os hidrogéis nanocompósitos fabricados neste estudo fornecem um material adsorvente ecologicamente correto, estável, eficiente e reutilizável para remover corantes sintéticos de águas residuais e proporcionar melhorias tanto para o meio ambiente quanto para a saúde humana. + Explorar mais

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