Tecnologia Científica

Finalmente, aeroganãis de grafeno impressos em 3D para tratamento de a¡gua
Um novo processo de impressão 3D de aeroganãis de grafeno, segundo os cientistas, supera dois obsta¡culos principais - escalabilidade e criação de uma versão do material que seja esta¡vel o suficiente para uso repetido - para tratamento de água.
Por Melvin Bankhead Iii - 15/04/2021


Aesquerda, uma impressora 3D imprimindo a folha de aerogel de grafeno hexagonal. Adireita, o aerogel (agora preto) filtra a águasuja. Crédito: Ciência Ambiental: Nano

O grafeno éexcelente na remoção de contaminantes da a¡gua, mas ainda não éum uso comercialmente via¡vel do material maravilhoso.

Isso pode estar mudando.

Em um estudo recente, os engenheiros da University at Buffalo relataram um novo processo de impressão 3D de aeroganãis de grafeno que, segundo eles, supera dois obsta¡culos principais - escalabilidade e criação de uma versão do material que seja esta¡vel o suficiente para uso repetido - para tratamento de água.

"O objetivo éremover com segurança os contaminantes da águasem liberar qualquer resíduo qua­mico problema¡tico", diz o coautor do estudo Nirupam Aich, Ph.D., professor assistente de engenharia ambiental na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da UB. "Os aeroganãis que criamos mantem sua estrutura quando colocados em sistemas de tratamento de águae podem ser aplicados em diversas aplicações de tratamento de água."

O estudo - "aeroganãis de biopola­mero de grafeno impresso em 3D para remoção de contaminantes da a¡gua: uma prova de conceito" - foi publicado na Emerging Investigator Series da revista Environmental Science: Nano . Arvid Masud, Ph.D., ex-aluno do laboratório de Aich, éo autor principal; Chi Zhou, Ph.D., professor associado de engenharia industrial e de sistemas na UB, écoautor.

Um aerogel éum sãolido leve e altamente poroso formado pela substituição do la­quido em um gel por um gás, de modo que o sãolido resultante tenha o mesmo tamanho do original. Eles são semelhantes em configuração estrutural ao isopor: muito porosos e leves, mas fortes e resilientes.

O grafeno éum nanomaterial formado por carbono elementar e écomposto por uma única folha plana de a¡tomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal repetitiva.

O grafeno éincrivelmente leve. Este aerogel, usado para filtrar a¡gua,
fica sobre um aºnico tecido. Crédito: University at Buffalo.

Para criar a consistaªncia certa da tinta a  base de grafeno, os pesquisadores olharam para a natureza. Eles adicionaram dois polímeros bioinspirados - polidopamina (um material sintanãtico, muitas vezes referido como PDA, que ésemelhante a s secreções adesivas de mexilhaµes) e albumina de soro bovino (uma protea­na derivada de vacas).

Em testes, o aerogel reconfigurado removeu certos metais pesados, como chumbo e cromo, que afetam os sistemas de águapota¡vel em todo opaís. Tambanãm removeu corantes orga¢nicos, como o azul de metileno catia´nico e o azul de Evans ania´nico, além de solventes orga¢nicos como hexano, heptano e tolueno.
 
Para demonstrar o potencial de reutilização do aerogel, os pesquisadores usaram solventes orga¢nicos 10 vezes. Cada vez, ele removeu 100% dos solventes. Os pesquisadores também relataram que a capacidade do aerogel de capturar o azul de metileno diminuiu em 2–20% após o terceiro ciclo.

Os aeroganãis também podem ser aumentados em tamanho, diz Aich, porque, ao contra¡rio das nanofolhas, os aeroganãis podem ser impressos em tamanhos maiores. Isso elimina um problema anterior inerente a  produção em grande escala e torna o processo dispona­vel para uso em grandes instalações, como em estações de tratamento de a¡guas residuais, diz ele. Ele acrescenta que os aeroganãis podem ser retirados da águae reutilizados em outros locais, e que não deixam nenhum tipo de resíduo na a¡gua.

Aich faz parte de uma colaboração entre a UB e a Universidade de Pittsburgh, liderada pela professora de química da UB Diana Aga, Ph.D., para encontrar manãtodos e ferramentas para degradar substâncias per- e polifluoroalquila (PFAS), materiais ta³xicos difa­ceis de decompor que eles são conhecidos como "produtos químicos para sempre". Aich observa as semelhanças com seu trabalho com aeroganãis 3D e espera que os resultados dos dois projetos possam ser reunidos para criar manãtodos mais eficazes de remoção de contaminantes transmitidos pela a¡gua.

"Podemos usar esses aeroganãis não apenas para conterpartículas de grafeno, mas tambémpartículas de nanometal que podem atuar como catalisadores", diz Aich. "O objetivo futuro éterpartículas de nanometais embutidas nas paredes e nasuperfÍcie desses aeroganãis e eles seriam capazes de degradar ou destruir não apenas contaminantes biola³gicos, mas também contaminantes qua­micos."

Aich, Chi e Masud possuem uma patente pendente para o aerogel de grafeno descrito no estudo e estãoem busca de parceiros industriais para comercializar este processo.

 

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