Uma equipe de pesquisa da Universidade Rice, em colaboração com parceiros internacionais, criou a primeira tecnologia ecologicamente correta capaz de capturar e decompor rapidamente os tóxicos “substâncias químicas eternas” (PFAS) presentes na água. Os resultados, publicados recentemente na revista Advanced Materials, representam um avanço significativo contra uma das ameaças de poluição mais persistentes em todo o mundo.
O projeto foi liderado por Youngkun Chung, um pós-doutorando orientado por Michael S. Wong, professor da Escola de Engenharia e Computação George R. Brown da Universidade Rice. O projeto também contou com a participação de Seoktae Kang, professor do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST), e Keon-Ham Kim, professor da Universidade Nacional de Pukyung, na Coreia do Sul.
O que são PFAS e por que são um problema?
PFAS, abreviação de substâncias per e polifluoroalquiladas, são produtos químicos sintéticos que datam da década de 1940. Eles têm sido usados em muitos produtos do dia a dia, incluindo panelas de Teflon, roupas impermeáveis e algumas embalagens de alimentos. Os PFAS se popularizaram por sua resistência ao calor, à gordura e à água, mas essa mesma durabilidade também significa que se degradam muito lentamente, razão pela qual são frequentemente chamados de “químicos eternos”.
Os PFAS se espalharam amplamente e podem ser encontrados na água, no solo e no ar em todo o mundo. Pesquisas associaram a exposição a danos no fígado, distúrbios reprodutivos, disfunção do sistema imunológico e certos tipos de câncer. A limpeza tem sido difícil porque, uma vez que os PFAS entram no meio ambiente, são difíceis de remover e ainda mais difíceis de destruir.
Por que os métodos atuais de remoção de PFAS são insuficientes?
Muitas abordagens padrão dependem da adsorção, o que significa que os produtos químicos aderem a materiais como carvão ativado ou resinas de troca iônica. Esses métodos são comuns, mas apresentam limitações importantes, incluindo baixa eficiência, operação lenta, capacidade limitada e acúmulo de resíduos contaminados adicionais que ainda precisam ser tratados.
O revolucionário material LDH que age rapidamente
A nova abordagem baseia-se em um material de hidróxido duplo em camadas (HDL) feito de cobre e alumínio. Kim identificou esse tipo de material pela primeira vez enquanto era estudante de pós-graduação no KAIST em 2021. À medida que a equipe explorava esses compostos mais a fundo, Chung descobriu que uma versão específica contendo nitrato podia adsorver PFAS com um desempenho excepcionalmente alto.
“Para minha surpresa, este composto de LDH capturou PFAS mais de 1.000 vezes melhor do que outros materiais”, disse Chung, um dos principais autores do estudo e agora pesquisador do Instituto WaTER (Tecnologias da Água, Empreendedorismo e Pesquisa) e do Instituto de Sustentabilidade da Rice. “Ele também funcionou incrivelmente rápido, removendo grandes quantidades de PFAS em minutos, cerca de 100 vezes mais rápido do que os filtros de carbono comerciais.”
Os pesquisadores afirmam que os resultados impressionantes provêm do design interno do material. Suas camadas ordenadas de cobre e alumínio, juntamente com pequenos desequilíbrios de carga, criam uma superfície altamente favorável onde as moléculas de PFAS podem se ligar de forma rápida e forte.
Testado em água de rio, água da torneira e água residual
Para avaliar o desempenho do sistema fora do laboratório, a equipe testou o material LDH em água de rio, água da torneira e esgoto. Em todas as três condições, o material se mostrou altamente eficaz. O sistema também apresentou bom desempenho tanto em testes estáticos quanto em sistemas de fluxo contínuo, indicando seu potencial para uso em sistemas de tratamento de água municipais e remediação industrial.
Fechando o ciclo com a destruição e reutilização de PFAS
Capturar PFAS é apenas metade da batalha, já que esses produtos químicos ainda precisam ser destruídos com segurança. Trabalhando com os professores Pedro Alvarez e James Tour, da Universidade Rice, Chung desenvolveu um processo para decompor termicamente os PFAS após sua captura no material LDH. Quando o material carregado com PFAS foi aquecido com carbonato de cálcio, os pesquisadores removeram mais da metade dos PFAS retidos sem liberar subprodutos tóxicos. A mesma etapa também regenerou o LDH, possibilitando a reutilização do material.
Os testes iniciais mostraram que o material poderia passar por pelo menos seis ciclos completos de captura, destruição e renovação. Isso o torna o primeiro sistema ecológico e sustentável conhecido para remoção de PFAS que combina limpeza rápida com reutilização repetida.
Colaboração Internacional e Apoio à Pesquisa
“Estamos entusiasmados com o potencial desta tecnologia única baseada em LDH para transformar a forma como as fontes de água contaminadas por PFAS são tratadas num futuro próximo”, disse Wong, “É o resultado de uma colaboração internacional extraordinária e da criatividade de jovens pesquisadores.”
Fontes: ScienceDaily, Um Só Planeta.
Imagem: C&EN/Molview.
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