Membranas de aerogel como filtros para descontaminar as \u00e1guas<\/strong><\/p>\n A membrana \u00e9 formada por uma rede tridimensional de nanofibras de celulose, revestidas com nanofolhas de dissulfeto de molibd\u00eanio (MoS2). Cada um dos materiais cumpre sua fun\u00e7\u00e3o no filtro. O dissulfeto de molibd\u00eanio \u00e9 o principal respons\u00e1vel por adsorver os poluentes e degrad\u00e1-los por meio de fotocat\u00e1lise [veja box]<\/strong>. J\u00e1 a nanocelulose funciona, principalmente, como suporte dos fotocatalisadores. Em primeiro lugar, ela permite a constru\u00e7\u00e3o de uma membrana macrosc\u00f3pica, facilmente manuse\u00e1vel. Al\u00e9m disso, a sua estrutura de nanofibras entrela\u00e7adas de superf\u00edcie rugosa oferece uma \u00e1rea superficial muito grande para conter os fotocatalisadores. Finalmente, a flexibilidade e resist\u00eancia da nanocelulose permitem que a membrana aguente a press\u00e3o do fluxo de \u00e1gua.<\/p>\n \u201cApesar de diversos fotocatalisadores excelentes terem sido desenvolvidos anteriormente, uma das desvantagens \u00e9 a dif\u00edcil separa\u00e7\u00e3o e recupera\u00e7\u00e3o dos materiais nanom\u00e9tricos, por isso a ideia de fazer membranas\u201d, diz Elias Ferreira-Neto<\/a>, bolsista de p\u00f3s-doutorado no Laborat\u00f3rio de Materiais Fot\u00f4nicos, do Instituto de Qu\u00edmica da UNESP Araraquara. \u201cEste trabalho \u00e9 um primeiro passo na \u00e1rea\u201d, completa Elias, autor correspondente do artigo que reporta o desenvolvimento das membranas, recentemente publicado na Applied Materials & Interfaces<\/em> (fator de impacto = 8,758).<\/p>\n Produ\u00e7\u00e3o das membranas: do hidrogel bacteriano at\u00e9 o aerogel h\u00edbrido<\/strong><\/p>\n A \u201creceita\u201d desenvolvida pela equipe cient\u00edfica brasileira para produzir as membranas envolve v\u00e1rias etapas e requer o dom\u00ednio de diferentes processos de s\u00edntese de materiais.<\/p>\n No primeiro passo, bact\u00e9rias de uma cepa n\u00e3o patog\u00eanica, colocadas em um meio adequado, realizam um processo metab\u00f3lico que gera, como subproduto, um hidrogel de nanocelulose bacteriana. Altamente poroso, esse material \u00e9 composto por 1% de nanofibras de celulose entrela\u00e7adas e, entre elas, 99% de \u00e1gua. O hidrogel \u00e9 ent\u00e3o lavado com o objetivo de eliminar impurezas.<\/p>\n Depois disso, a superf\u00edcie das nanofibras \u00e9 revestida com nanofolhas de dissulfeto de molibd\u00eanio de estrutura controlada, regularmente distribu\u00eddas na superf\u00edcie das nanofibras.\u00a0 Finalmente, esse hidrogel h\u00edbrido \u00e9 transformado em aerogel por meio de um processo de secagem controlada, que substitui a \u00e1gua dos poros por ar. O resultado final \u00e9 uma membrana de aerogel composto por nanocelulose bacteriana e dissulfeto de molibd\u00eanio.<\/p>\n Testes de descontamina\u00e7\u00e3o<\/strong><\/p>\n Para verificar a capacidade das novas membranas de remover poluentes org\u00e2nicos e inorg\u00e2nicos presentes na \u00e1gua, os pesquisadores constru\u00edram um pequeno fotorreator. Nesse aparelho, a \u00e1gua contaminada passa atrav\u00e9s da membrana, que \u00e9 iluminada para gerar o efeito fotocatal\u00edtico. Nos testes, os cientistas utilizaram um poluente org\u00e2nico (o azul de metileno, composto usado como tinta e como f\u00e1rmaco) e um contaminante inorg\u00e2nico (o cromo hexavalente, composto t\u00f3xico e cancer\u00edgeno, ainda usado em v\u00e1rias ind\u00fastrias).<\/p>\n Ao medir a presen\u00e7a dos contaminantes na \u00e1gua ap\u00f3s a filtragem, os pesquisadores constataram que a membrana foi capaz de eliminar aproximadamente 96% da tinta e 88% do metal pesado depois de 120 minutos de circula\u00e7\u00e3o no reator.\u00a0\u201cA efici\u00eancia que conseguimos fica na faixa de materiais fotocatal\u00edticos de dissulfeto de molibd\u00eanio na forma nanoparticulada, o que \u00e9 excelente, tendo em vista que, no material suportado, a \u00e1rea de superf\u00edcie ativa exposta \u00e0\u00a0luz \u00e9 muito menor\u201d, diz Elias. Entretanto, para tornar as membranas aptas para aplica\u00e7\u00f5es reais, fora do laborat\u00f3rio, os cientistas pretendem aumentar ainda mais essa efici\u00eancia. \u201cA modifica\u00e7\u00e3o dos materiais preparados com outras nanoestruturas fotocatal\u00edticas, como di\u00f3xido de tit\u00e2nio (TiO2) e vanadato de bismuto (BiVO4), poder\u00e1 aumentar muito a efici\u00eancia dos materiais j\u00e1 obtidos\u201d, comenta Elias. Al\u00e9m disso, a equipe planeja testar a a\u00e7\u00e3o das membranas com rela\u00e7\u00e3o a outros compostos org\u00e2nicos e inorg\u00e2nicos que poluem as \u00e1guas, tais como f\u00e1rmacos, pesticidas e outros metais pesados.<\/p>\n Expertises agregadas<\/strong><\/p>\n Totalmente realizado no Brasil, mais precisamente no estado de S\u00e3o Paulo, o trabalho agregou a expertise em materiais baseados em celulose bacteriana do grupo liderado pelo professor Sidney Ribeiro<\/a> (Instituto de Qu\u00edmica da UNESP Araraquara), e a experi\u00eancia em fotocat\u00e1lise do grupo conduzido pelo professor Ubirajara Rodrigues Filho<\/a> (Instituto de Qu\u00edmica de S\u00e3o Carlos – USP). A pesquisa tamb\u00e9m envolveu a colabora\u00e7\u00e3o do professor F\u00e1bio Sim\u00f5es de Vicente<\/a>, do Departamento de F\u00edsica da UNESP Rio Claro, para a caracteriza\u00e7\u00e3o da porosidade e das propriedades texturais dos materiais.<\/p>\n O estudo faz parte do projeto de p\u00f3s-doutorado de Elias Ferreira-Neto, financiado pela FAPESP. Em seu doutorado, sob orienta\u00e7\u00e3o do professor Ubirajara, e durante o est\u00e1gio de pesquisa no exterior realizado junto a um pesquisador especialista em aerog\u00e9is, Elias adquiriu muita experi\u00eancia no desenvolvimento de nanopart\u00edculas e aerog\u00e9is inorg\u00e2nicos para fotocat\u00e1lise.\u00a0Nesses trabalhos, ele identificou o grande potencial desses materiais como fotocatalisadores, bem como sua principal limita\u00e7\u00e3o, a baixa resist\u00eancia mec\u00e2nica e, particularmente, a baixa resist\u00eancia \u00e0 press\u00e3o capilar em meio l\u00edquido.<\/p>\n No contexto do p\u00f3s-doutorado de Elias, a colabora\u00e7\u00e3o entre grupos de pesquisa brasileiros permitiu superar essa limita\u00e7\u00e3o mediante o desenvolvimento de aerog\u00e9is h\u00edbridos que combinam as excelentes propriedades mec\u00e2nicas do suporte de celulose com as propriedades fotocatal\u00edticas e adsortivas das nanofolhas de MoS2.<\/p>\n O artigo cient\u00edfico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9:\u00a0Bacterial Nanocellulose\/MoS2 Hybrid Aerogels as Bifunctional Adsorbent\/Photocatalyst Membranes for in-Flow Water Decontamination.\u00a0Elias P. Ferreira-Neto, Sajjad Ullah, Thais C.A. da Silva, Rafael R. Domeneguetti, Amanda P. Perissinotto, F\u00e1bio S. de Vicente, Ubirajara P. Rodrigues-Filho, and Sidney J. L. 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Uma equipe de cientistas de universidades brasileiras desenvolveu um novo material capaz de descontaminar \u00e1guas, eliminando, simultaneamente, poluentes org\u00e2nicos (como tintas) e inorg\u00e2nicos (como metais pesados). O material se apresenta em forma de uma membrana com potencial para ser usada como filtro ativo: \u00e0 medida que a \u00e1gua passa atrav\u00e9s da membrana, os poluentes s\u00e3o adsorvidos e degradados.\u00a0 O material pode ser reutilizado v\u00e1rias vezes, sem perder as suas propriedades.<\/p>\n![\"Imagem](\"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/site\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/nanofibras-decoradas-e1604175865423.jpg\")
![\"Esquema](\"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/site\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/reator-e1604180849764.jpg\")
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