Cientistas de nanomateriais da Universidade de Utrecht melhoraram um nanogel de tal forma que agora ele pode transportar moléculas individuais de um líquido para outro. "Ao aumentar a área de superfície entre dois líquidos, podemos aumentar a troca de produtos químicos. Essa técnica pode tornar os processos industriais mais eficientes em termos energéticos e abrir possibilidades para fazer melhores células solares." O artigo dos pesquisadores foi publicado recentemente pela revista científica Advanced Materials .
Grande superfície

O físico-químico Martin Haase e seu grupo de pesquisa trabalham em técnicas para fazer os chamados bijels:emulsões de dois líquidos que não se misturam, como óleo e água, separados por uma camada ultrafina de nanopartículas que estabiliza a superfície entre os fluidos. "Em tais materiais semelhantes a gel, dois líquidos repelentes são entrelaçados", explica Haase. "Na interface dos dois, as moléculas podem se mover de um líquido para o outro através da nanocamada."

Os géis funcionam melhor se a interface entre os dois líquidos tiver uma grande superfície. Haase:"Nossos próprios corpos mostram bons exemplos de tais processos. Pense em nossos pulmões:eles inalam o ar, e o oxigênio no ar vai para o sangue. Ele é transportado dos canais de ar para os capilares sanguíneos. Em um bijel, as moléculas podem ser trocados de forma semelhante de um fluido para outro”.

Maneira mais suave de remover produtos químicos

Com a ajuda do Ph.D. pesquisadores Mohd Khan e Alessio Sprockel, Haase agora aprimorou a técnica para fazer esses bijels. Haase:"Descobri como fazer bijels em 2015. Mas tínhamos um controle limitado sobre isso e nossas estruturas não eram tão bem definidas. Agora podemos controlar totalmente a síntese. Agora podemos fazer estruturas de canais menores e mais uniformes, ter fluxo de fluidos através dos canais e produtos químicos separados continuamente durante este fluxo."

Para fazer um bijel, os cientistas do Laboratório Van 't Hoff de Química Física e Colóide da Universidade de Utrecht usam álcool e nanopartículas, pequenas esferas de vidro com um diâmetro de apenas 20 nanômetros. Haase:"Óleo e água não se misturam. No entanto, se você adicionar álcool, eles realmente se misturam bem. E se você remover o álcool dessa mistura, os dois líquidos formarão um arranjo entrelaçado de canais de líquido. Durante esse processo, as nanopartículas são captadas pela interface entre óleo e água. Uma vez lá, elas estabilizam os canais entrelaçados de óleo e água para formar o bijel."

Uma etapa vital que precisa ser tomada antes que um bijel possa ser usado para separações industriais é coletar os produtos químicos separados. Haase:"Assim como o sangue flui pelos capilares do pulmão para coletar oxigênio, água e óleo devem fluir através do bijel para transportar os produtos químicos extraídos para dentro e para fora do nanogel. Mas como os canais no bijel são tão pequenos, uma bomba normal precisa empurrar muito forte. Isso custaria muita energia e pode, além disso, quebrar os bijels frágeis. Descobrimos que os líquidos podem ser bombeados através do bijel através de um processo chamado eletro-osmose, uma forma muito mais suave de transporte de líquidos."

Nanomaterials for a sustainable industry

According to Haase, the invention has potential to save energy in industrial processes involving the separation of chemicals. "For me, a motivation to work in this scientific field, is to make the chemical industry more sustainable. Many products we use in our daily lives, for example plastics, gasoline, or pharmaceuticals need to be purified during their production. This requires a lot of energy because mixtures have to be boiled, a process commonly known as distillation. Such separations of chemicals consume up to 15% of our worldwide energy use. So we need to find alternatives that are less energy consuming and also emit less carbon dioxide. In a bijel, the separation of chemicals is possible without boiling and therefore, a lot of energy is saved."

But the high surface area within the bijel opens other application potentials as well. Haase:"Bijels can for instance provide opportunities to develop more efficient solar cells and also separation membranes that can turn seawater into drinking water. Now that we can have liquids flow through the microscopic channels of the bijel, so many exciting opportunities for using these novel nanogels as materials for sustainable technologies become possible." + Explorar mais

Team devises easier way to make 'bijels,' a complex new form of liquid matter