Um novo material compósito foi desenvolvido por cientistas no Energy Safety Research Institute (ESRI) da Universidade de Swansea, País de Gales, que tem potencial como catalisador para a degradação de corantes sintéticos nocivos para o meio ambiente, que são liberados a uma taxa de quase 300 mil toneladas por ano nas águas do mundo.

Este novo material fotocatalítico não perigoso remove eficazmente os corantes poluentes da água, adsorvendo mais de 90% do corante e aumentando a taxa de degradação do corante em quase dez vezes usando luz visível.

Os pesquisadores, liderados pelo Dr. Charles W. Dunnill e Dr. Daniel Jones no Energy Safety Research Institute, da Universidade de Swansea, relataram sua descoberta na revista Scientific Reports da Nature com acesso aberto (“Active removal of waste dye pollutants using Ta3N5/W18O49 nanocomposite fibres”).

Ao aquecer a mistura de reação a altas pressões dentro de um recipiente selado, o compósito é sintetizado através do crescimento de “nanofios” ultrafinos de óxido de tungstênio na superfície de pequenas partículas de nitreto de tântalo. Como resultado do tamanho incrivelmente pequeno dos dois materiais componentes – tanto o nitreto de tântalo como o óxido de tungstênio têm geralmente menos de 40 bilionésimos de metro de diâmetro – o compósito fornece uma área de superfície enorme para a captura de corantes.

O material então prossegue para decompor o corante em moléculas menores e inofensivas usando a energia fornecida pela luz solar, em um processo conhecido como “degradação fotocatalítica”. Tendo removido os corantes prejudiciais, o catalisador pode simplesmente ser filtrado da água limpa e reutilizado.

Remoção superior

Embora a degradação fotocatalítica de corantes tenha sido pesquisada por várias décadas, foi apenas recentemente que os pesquisadores desenvolveram materiais capazes de absorver a parte visível do espectro solar – outros materiais, como o dióxido de titânio, também podem decompor os corantes usando energia solar, mas sua eficiência é limitada, pois eles apenas absorvem alta energia, luz ultravioleta. Ao usar uma gama muito maior do espectro, materiais como os usados pela equipe do ESRI da Universidade de Swansea são capazes de remover poluentes a uma taxa muito superior.

Ambos os materiais utilizados no estudo atraíram interesse significativo nos últimos anos. O óxido de tungstênio, em particular, é considerado um dos materiais mais promissores para uma gama de aplicações fotocatalíticas, devido à sua alta condutividade elétrica, estabilidade química e atividade superficial, além da sua forte absorbância de luz. Como um semicondutor “low band-gap”, o nitreto de tântalo é de cor vermelha devido à sua capacidade de absorver quase todo o espectro de luz visível e, portanto, extrai uma grande quantidade de energia da luz solar para alimentar os processos de degradação.

No entanto, o verdadeiro potencial dos dois materiais só foi percebido uma vez que foram combinados em um único compósito. Devido à troca de elétrons entre os dois materiais, o corante de teste utilizado no estudo foi decomposto pelo compósito com uma taxa em torno do dobro da alcançada pelo nitreto de tântalo sozinho, enquanto o óxido de tungstênio sozinho mostrou-se incapaz de degradar o corante. Em contraste com outros materiais fotocatalíticos principais, muitos dos quais são tóxicos tanto para seres humanos como para a vida aquática, ambas as partes do compósito são classificadas como materiais não perigosos.

Pós de nanopartículas de nitreto de tântalo (à esquerda), nanofios de óxido de tungstênio (centro) e compósito de nitreto de tântalo / óxido de tungstênio (à direita)

Outras aplicações

Os cientistas responsáveis pelo estudo acreditam que sua pesquisa fornece apenas um gostinho do potencial do material. “Agora que demonstramos as capacidades do nosso compósito, buscamos não só melhorar o material ainda mais, mas também começar a trabalhar na ampliação da síntese para aplicações do mundo real”, disse o Dr. Jones. “Nós também estamos explorando sua viabilidade em outras áreas, como a separação fotocatalisada de água para gerar hidrogênio”.

Além dos Drs. Dunnill e Jones, co-autores do artigo são Drs. Virginia Gomez, James McGettrick e Serena Margadonna e estudantes de doutorado Bertrand Rome, Francesco Mazzali e Aled Lewis, que são todos pesquisadores da Faculdade de Engenharia da Universidade de Swansea, em colaboração com o Dr. Joseph Bear do Materials Chemistry Center do University College de Londres e Dr. Waheed Al-Masry do Departamento de Engenharia Química da Universidade King Saud, na Arábia Saudita.

O Energy Safety Research Institute está posicionado para descobrir e implementar novas tecnologias para um futuro energético sustentável, acessível e seguro e está hospedado no novo world class Bay Campus da Universidade de Swansea. O ESRI fornece um ambiente excepcional para a pesquisa de ponta em disciplinas relacionadas à energia e à segurança energética com foco em energia renovável, hidrogênio, captura e utilização de carbono, bem como novas tecnologias de petróleo e gás.

O apoio financeiro para o estudo foi fornecido pelo programa Sêr Cymru do Governo do País de Gales e pelo projeto Flexis, que é parcialmente financiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (ERDF) através do governo galês, bem como através da colaboração com a Universidade King Saud.

Fonte: Swansea University, adaptado por Portal Tratamento de Água – www.tratamentodeagua.com.br

Extraído de Abes