Adsorventes eficientes para tratamento de efluentes industriais são importantes para minimizar potenciais danos ambientais. Em particular, os corantes orgânicos, como um grupo significativo de poluentes industriais, geralmente são altamente solúveis em água, não degradáveis ​​e muitos são tóxicos para carcinogênicos. Changxia Li e Freddy Kleitz da Faculdade de Química da Universidade de Viena, juntamente com colegas, apresentaram agora uma nova abordagem para projetar um material compósito inovador, consistindo em uma estrutura orgânica covalente ultrafina nanoporosa (COF) ancorada em grafeno, que é altamente eficiente na filtragem de poluentes orgânicos da água. O estudo foi publicado em Angewandte Chemie .
“Existem várias maneiras, incluindo filtros de carvão ativado, para purificar a água hoje, mas ainda há espaço para melhorias na eficiência ou capacidade de adsorção das aplicações”, diz o primeiro autor e pesquisador de pós-doutorado Changxia Li.

O grupo de Freddy Kleitz no Instituto de Química Inorgânica—Materiais Funcionais está desenvolvendo novos materiais nanoporosos. Materiais porosos têm uma área de superfície total muito maior do que um material não poroso para o mesmo volume e, portanto, podem acumular um número particularmente grande de moléculas nas superfícies durante a adsorção.

COF altamente poroso como uma nova classe de materiais

As estruturas orgânicas covalentes (COFs) são uma classe de materiais relativamente nova. Eles são particularmente porosos, sendo ao mesmo tempo de baixa densidade e leves. Covalente significa que suas ligações químicas são formadas por meio de pares de elétrons entre os átomos.

Os corantes que os pesquisadores estudaram em sua solução modelo aquosa tinham cerca de 0,8 a 1,6 nanômetros de tamanho. "Desenvolvemos um novo método para formar COF de maneira comparativamente ecológica, usando água. Como tal, conseguimos desenvolver pequenas 'esponjas', com tamanhos de poros projetados e formas de poros na faixa nanométrica, bem como um negativo ajustado carga superficial, que foi muito seletiva em puxar as moléculas-alvo carregadas positivamente, ou seja, nossos corantes, para fora da água", disseram os pesquisadores, "Assim como a esponja absorve a água, só que no nosso caso são os poluentes".

Um backbone feito de grafeno

Ao usar pó de COF a granel, os poros internos do material geralmente não são mais acessíveis aos poluentes devido ao bloqueio dos poros na borda externa, especialmente para grandes moléculas poluentes. O novo material compósito desenvolvido pelos pesquisadores oferece uma estrutura completamente permeável:para este propósito, os pesquisadores cultivaram COF em nanofolhas de grafeno em camadas finas. A combinação de grafeno – já uma camada 2D de átomos de carbono – e a camada de COF, que tem até dois nanômetros de espessura, resultou em uma estrutura 3D compacta e aberta. A camada ultrafina de COF pode expor mais locais de adsorção do que o pó de COF a granel.

Por outro lado, os poros maiores, em forma de favo de mel, da rede de grafeno suportam o transporte de água através do material filtrante. “Os grandes poros da rede de grafeno em combinação com a camada ultrafina de COF com grande quantidade de locais de adsorção, portanto, permitem um tratamento de águas residuais particularmente rápido e eficiente”, disseram os pesquisadores. Devido à entrada de material comparativamente baixa de grafeno, bem como a possibilidade de reutilizar o material compósito - após a lavagem dos poluentes - como filtro, o desenvolvimento também é relativamente econômico, disseram eles. + Explorar mais

Aglomerados de água em estruturas orgânicas covalentes porosas cristalinas hidrofóbicas