A escassez de água é um problema crescente em todo o mundo. A dessalinização da água do mar é um método estabelecido para produzir água potável, mas vem com enormes custos de energia. Pela primeira vez, os pesquisadores usam nanoestruturas à base de flúor para filtrar com sucesso o sal da água. Em comparação com os métodos atuais de dessalinização, esses nanocanais fluorados funcionam mais rápido, exigem menos pressão e menos energia e são um filtro mais eficaz.
Se você já cozinhou com uma frigideira antiaderente revestida com teflon, provavelmente já viu a maneira como os ingredientes molhados deslizam facilmente. Isso acontece porque o principal componente do Teflon é o flúor, um elemento leve que é naturalmente repelente à água ou hidrofóbico. O teflon também pode ser usado para revestir tubos para melhorar o fluxo de água. Tal comportamento chamou a atenção do professor associado Yoshimitsu Itoh do Departamento de Química e Biotecnologia da Universidade de Tóquio e sua equipe. Isso os inspirou a explorar como tubos ou canais feitos de flúor podem operar em uma escala muito diferente, a nanoescala.

"Estávamos curiosos para ver a eficácia de um nanocanal fluorado em filtrar seletivamente diferentes compostos, em particular água e sal. E, depois de executar algumas simulações de computador complexas, decidimos que valia a pena o tempo e o esforço para criar uma amostra funcional, ", disse Itoh. "Existem duas maneiras principais de dessalinizar a água atualmente:termicamente, usando calor para evaporar a água do mar para que ela se condense como água pura, ou por osmose reversa, que usa pressão para forçar a água a passar por uma membrana que bloqueia o sal. Ambos os métodos exigem muita energia , mas nossos testes sugerem que os nanocanais fluorados requerem pouca energia e também têm outros benefícios."

A equipe criou membranas de filtração de teste sintetizando quimicamente anéis de flúor nanoscópicos, que foram empilhados e incorporados em uma camada lipídica impermeável, semelhante às moléculas orgânicas que compõem as paredes das células. Eles criaram várias amostras de teste com nanoanéis entre cerca de 1 e 2 nanômetros. Para referência, um cabelo humano tem quase 100.000 nanômetros de largura. Para testar a eficácia de suas membranas, Itoh e a equipe mediram a presença de íons de cloro, um dos principais componentes do sal – o outro sendo o sódio – em ambos os lados da membrana de teste.

"Foi muito emocionante ver os resultados em primeira mão. O menor dos nossos canais de teste rejeitou perfeitamente as moléculas de sal recebidas, e os canais maiores também foram uma melhoria em relação a outras técnicas de dessalinização e até mesmo filtros de nanotubos de carbono de ponta", disse Itoh. "A verdadeira surpresa para mim foi a rapidez com que o processo ocorreu. Nossa amostra funcionou milhares de vezes mais rápido do que os dispositivos industriais típicos e cerca de 2.400 vezes mais rápido do que os dispositivos experimentais de dessalinização baseados em nanotubos de carbono."

Como o flúor é eletricamente negativo, ele repele íons negativos, como o cloro encontrado no sal. Mas um bônus adicional dessa negatividade é que ela também decompõe o que é conhecido como aglomerados de água, grupos essencialmente frouxamente ligados de moléculas de água, para que elas passem pelos canais mais rapidamente. As membranas de dessalinização de água à base de flúor da equipe são mais eficazes, mais rápidas, exigem menos energia para operar e são feitas para serem muito simples de usar, então qual é o problema?

"Atualmente, a maneira como sintetizamos nossos materiais é relativamente intensiva em energia; no entanto, isso é algo que esperamos melhorar em pesquisas futuras. E, dada a longevidade das membranas e seus baixos custos operacionais, os custos gerais de energia serão ser muito menor do que com os métodos atuais", disse Itoh. "Outras etapas que desejamos tomar são, é claro, aumentar isso. Nossas amostras de teste eram nanocanais únicos, mas com a ajuda de outros especialistas, esperamos criar uma membrana com cerca de 1 metro de diâmetro em vários anos. Em paralelo com essas preocupações de fabricação, também estamos explorando se membranas semelhantes podem ser usadas para reduzir o dióxido de carbono ou outros resíduos indesejáveis ​​liberados pela indústria."

Os resultados são publicados em Science . + Explorar mais

A dessalinização da água acelera