Um novo material sintético capaz de capturar rapidamente o rádio — um dos elementos mais perigosos presentes em rejeitos nucleares — pode redefinir estratégias globais de contenção de contaminação radioativa. Em estudo publicado hoje, na revista Nature Communications, a equipe liderada por Wenchang Wang, Wenya Tai e Chengliang Xiao, da Universidade de Zhejiang, apresenta uma estrutura supramolecular inovadora que remove até 83% do rádio-226 em apenas 10 minutos, mesmo sob condições extremas de radioatividade .

O avanço responde a um problema crescente: o acúmulo global de resíduos provenientes da mineração de urânio e da expansão da energia nuclear. O isótopo 226Ra, com meia-vida de cerca de 1600 anos, representa uma ameaça persistente à saúde humana e aos ecossistemas. Altamente solúvel e bioacumulativo, ele pode se infiltrar em cadeias alimentares e substituir o cálcio nos ossos, levando a doenças graves como osteossarcoma e catarata induzida por radiação .

No centro da descoberta está um material da classe dos MOFs (metal–organic frameworks), conhecido como ZJU-X100-SO4. Trata-se de uma estrutura altamente porosa baseada em zircônio, modificada quimicamente após sua síntese para incorporar dois elementos-chave: éteres coroa, que reconhecem seletivamente íons metálicos grandes, e grupos sulfato, que aumentam a afinidade química pelo rádio.

Essa combinação cria um sistema de “captura múltipla” no nível molecular. Segundo o estudo, o material funciona por três mecanismos simultâneos: aprisionamento supramolecular, confinamento por tamanho e quelação química com sulfato .

A estratégia resolve um desafio histórico: o rádio possui grande raio iônico e baixa eletronegatividade, o que dificulta sua ligação a materiais convencionais. “A sinergia entre reconhecimento molecular e interação eletrostática foi essencial para alcançar alta eficiência”, explicam os pesquisadores.

Os resultados experimentais impressionam. Em soluções altamente contaminadas — até 40.000 Bq por litro, níveis muito acima dos estudados anteriormente — o material removeu rapidamente o rádio, superando amplamente adsorventes comerciais e naturais .

Além disso, o ZJU-X100-SO4 demonstrou:

- Cinética ultrarrápida: até 93,7% de remoção de íons análogos (bário) em apenas 5 segundos

- Alta seletividade: desempenho mantido mesmo na presença de íons concorrentes em concentrações 1 milhão de vezes maiores

- Estabilidade extrema: funcionamento eficiente em ambientes altamente ácidos (pH 0–1) e sob radiação intensa

- Capacidade dinâmica elevada: tratamento de até 4240 volumes de leito antes da saturação

Em comparação, materiais tradicionais como argilas, zeólitas e resinas comerciais apresentam menor eficiência, especialmente em cenários de alta radioatividade.

Para compreender como o material captura o rádio, a equipe utilizou uma combinação de técnicas avançadas, incluindo difração de raios X, espectroscopia XAFS e cálculos de teoria do funcional da densidade (DFT).

Os resultados revelam que os íons de rádio (e seu análogo químico, o bário) se ligam simultaneamente a diferentes regiões da estrutura: os grupos sulfato atuam como âncoras rígidas, enquanto os éteres coroa oferecem um ambiente flexível de coordenação .

Essa “cooperação molecular” explica o alto coeficiente de distribuição (Kd = 4275 mL/g), indicando forte afinidade do material pelo radionuclídeo — um dos maiores valores já reportados para sistemas desse tipo.

O impacto potencial da descoberta é amplo. Com a previsão de aumento contínuo da radioatividade em rejeitos de urânio ao longo dos próximos milhares de anos — podendo crescer até 1000 vezes em 9 mil anos — soluções eficazes de contenção são essenciais .

O novo material pode ser aplicado em tratamento de efluentes de mineração de urânio, remediação de vazamentos nucleares, descontaminação de águas subterrâneas e resposta emergencial a acidentes radiológicos.

Segundo os autores, o estudo “estabelece um novo paradigma para o design de materiais de captura de radionuclídeos em nível molecular” .

Mais do que um avanço incremental, o trabalho representa uma mudança conceitual: em vez de depender de materiais passivos, a engenharia agora se volta para sistemas altamente programáveis, capazes de reconhecer e capturar contaminantes com precisão quase biomolecular.

À medida que o mundo equilibra a expansão da energia nuclear com seus riscos ambientais, tecnologias como o ZJU-X100-SO4 podem se tornar peças centrais na segurança do futuro energético.

“Estamos apenas começando a explorar o potencial dos MOFs para resolver desafios críticos da era nuclear," resume Chengliang Xiao.