p Limpar poluentes da água com um filtro defeituoso soa como uma falha na partida, mas um estudo recente realizado por engenheiros químicos da Rice University descobriu que os defeitos do tamanho certo ajudaram uma peneira molecular a absorver mais ácido perfluorooctanossulfônico (PFOS) em menos tempo. p Em um estudo na revista American Chemical Society Química e Engenharia Sustentáveis ​​da ACS , Os pesquisadores da Rice University, Michael Wong, Chelsea Clark e colegas mostraram que um sistema altamente poroso, O nanomaterial parecido com o queijo suíço, denominado estrutura metal-orgânica (MOF), foi mais rápido em absorver o PFOS da água poluída, e que poderia conter mais PFOS, quando orifícios adicionais de tamanho nanométrico ("defeitos") foram incorporados ao MOF.

p O PFOS foi usado por décadas em produtos de consumo como tecidos resistentes a manchas e é o membro mais conhecido de uma família de produtos químicos tóxicos chamados "substâncias per- e polifluoroalquil" (PFAS), que a Agência de Proteção Ambiental (EPA) descreve como "muito persistente no meio ambiente e no corpo humano - o que significa que eles não se quebram e podem se acumular com o tempo".

p Wong, professor e presidente do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular de Rice e professor de química, disse, "Estamos dando um passo na direção certa para o desenvolvimento de materiais que possam tratar efetivamente as águas residuais industriais no nível de partes por bilhão e partes por milhão de contaminação total de PFAS, o que é muito difícil de fazer usando as tecnologias atuais, como carvão ativado granular ou sistemas baseados em lodo ativado. "

p Wong disse MOFs, estruturas tridimensionais que se automontam quando íons metálicos interagem com moléculas orgânicas chamadas ligantes, pareciam bons candidatos para remediação de PFAS porque são altamente porosos e foram usados ​​para absorver e reter quantidades significativas de moléculas-alvo específicas em aplicações anteriores. Alguns MOFs, por exemplo, têm uma área de superfície maior do que um campo de futebol por grama, e mais de 20, 000 tipos de MOFs estão documentados. Além disso, os químicos podem ajustar as propriedades do MOF - variando sua estrutura, tamanhos de poros e funções - mexendo na síntese, ou receita química que os produz.

p Foi o que aconteceu com o sorvente PFAS de Rice. Clark, um estudante de graduação no Laboratório de Catálise e Nanomateriais de Wong, começou com um MOF bem caracterizado chamado UiO-66, e conduziu dezenas de experimentos para ver como várias concentrações de ácido clorídrico mudaram as propriedades do produto final. Ela descobriu que poderia introduzir defeitos estruturais de vários tamanhos com o método - como fazer queijo suíço com buracos extra-grandes.

p "Os defeitos de poros grandes são essencialmente seus próprios locais para adsorção de PFOS por meio de interações hidrofóbicas, "Clark disse." Eles melhoram o comportamento de adsorção, aumentando o espaço para as moléculas de PFOS. "

p Clark testou variantes do UiO-66 com diferentes tamanhos e quantidades de defeitos para determinar qual variedade absorveu mais PFAS de água altamente poluída no menor tempo.

p "Acreditamos que a introdução de aleatório, defeitos de poros grandes, mantendo simultaneamente a maioria da estrutura porosa, desempenharam um grande papel na melhoria da capacidade de adsorção do MOF, "disse ela." Isso também manteve a rápida cinética de adsorção, o que é muito importante para aplicações de remediação de águas residuais onde os tempos de contato são curtos. "

p Wong disse que o foco do estudo nas concentrações industriais de PFAS o diferencia da maioria dos trabalhos publicados anteriormente, que se concentrou na limpeza de água potável poluída para atender aos padrões federais atuais de 70 partes por trilhão. Embora tecnologias de tratamento como carvão ativado e resinas de troca iônica possam ser eficazes para limpar baixas concentrações de PFAS da água potável, eles são muito menos eficazes no tratamento de resíduos industriais de alta concentração.

p Embora o uso de PFAS tenha sido fortemente restringido por tratado internacional desde 2009, os produtos químicos ainda são usados ​​na fabricação de semicondutores e revestimento de cromo, onde as águas residuais podem conter até um grama de PFAS por litro de água, ou cerca de 14 bilhões de vezes o limite atual da EPA para água potável.

p "Em geral, para materiais à base de carbono e resinas de troca iônica, há uma compensação entre a capacidade de adsorção e a taxa de adsorção conforme você aumenta o tamanho dos poros do material, "Wong disse." Em outras palavras, quanto mais PFAS um material pode absorver e prender, mais tempo leva para encher. Além disso, materiais à base de carbono têm se mostrado ineficazes na remoção de PFASs de cadeia mais curta de águas residuais.

p "Descobrimos que nosso material combina alta capacidade e cinética de rápida adsorção e também é eficaz para perfluoroalquil sulfonatos de cadeia longa e curta, " ele disse.

p Wong disse que é difícil superar os materiais à base de carbono em termos de custo porque o carvão ativado tem sido um dos pilares da filtragem ambiental por décadas.

p "Mas é possível se MOFs forem produzidos em uma escala grande o suficiente, "disse ele." Existem algumas empresas olhando para a produção em escala comercial de UiO-66, que é um dos motivos pelos quais escolhemos trabalhar com ele neste estudo. "