Uma equipe de pesquisadores da Rice University, trabalhando com colaboradores internacionais, criou a primeira tecnologia ecologicamente correta para capturar e decompor rapidamente “produtos químicos eternos” tóxicos (PFAS) na água. Os resultados foram publicados recentemente em materiais avançadosrepresenta um progresso significativo contra uma das ameaças de poluição mais persistentes do mundo.
O projeto é liderado pelo pós-doutorado Youngkun Chung, cujo mentor é Michael S. Wong, professor da Escola de Engenharia e Computação George R. Brown da Rice University. Seoktae Kang, professor do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST), e Keon-Ham Kim, professor da Universidade Nacional de Pukyong, na Coreia do Sul, também participaram do trabalho.
O que são PFAS e por que são um problema
PFAS, abreviação de substâncias per e polifluoroalquil, é um produto químico produzido pelo homem que remonta à década de 1940. Eles são usados em muitos itens de uso diário, incluindo panelas de Teflon, roupas impermeáveis e algumas embalagens de alimentos. Os PFAS são populares porque são resistentes ao calor, óleo e água, mas a mesma durabilidade também significa que se decompõem muito lentamente, razão pela qual são frequentemente chamados de “produtos químicos para sempre”.
Os PFAS estão agora difundidos e podem ser encontrados na água, no solo e no ar em todo o mundo. Estudos relacionaram a exposição a danos no fígado, distúrbios reprodutivos, perturbações do sistema imunológico e certos tipos de câncer. A limpeza tem sido difícil porque, uma vez que o PFAS entra no ambiente, é difícil removê-lo e ainda mais difícil destruí-lo.
Por que os métodos atuais de remoção de PFAS são insuficientes
Muitos métodos padrão dependem de adsorção, o que significa que os produtos químicos aderem a materiais como carvão ativado ou resinas de troca iônica. Estes métodos são comuns, mas têm limitações significativas, incluindo ineficiência, operação lenta, capacidade limitada e acumulação de resíduos contaminados adicionais que ainda precisam de ser eliminados.
“Os métodos atuais para remover PFAS são muito lentos, ineficientes e produzem resíduos secundários”, disse Huang, professor de nanotecnologia molecular Tina e Sunit Patel e professor de engenharia química e biomolecular, química e engenharia civil e ambiental. “Nossa nova abordagem oferece uma alternativa sustentável e eficiente.”
Materiais LDH inovadores que funcionam rapidamente
O novo método é construído em torno de materiais de hidróxido duplo em camadas (LDH) feitos de cobre e alumínio. Kim descobriu esse tipo de material pela primeira vez em 2021, quando era estudante de graduação no Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia. À medida que a equipe explorava esses compostos, Chung descobriu que versões específicas contendo nitratos adsorviam PFAS com desempenho incomumente alto.
“Para minha surpresa, este composto LDH capturou PFAS mais de 1.000 vezes melhor do que outros materiais”, disse Chung, principal autor do estudo e agora pesquisador do Instituto WaTER (Tecnologia da Água, Empreendedorismo e Pesquisa) e Instituto de Sustentabilidade da Universidade Rice. “Ele também funciona muito rapidamente e pode remover grandes quantidades de PFAS em minutos, cerca de 100 vezes mais rápido que os filtros de carbono comerciais”.
Os pesquisadores afirmam que os resultados impressionantes vêm do design interno do material. Suas camadas ordenadas de cobre-alumínio e pequeno desequilíbrio de carga criam uma superfície muito favorável à qual as moléculas de PFAS podem se fixar com rapidez e firmeza.
Testado em água de rio, água da torneira e águas residuais
Para ver o desempenho do sistema fora do laboratório, a equipe testou o material LDH em água de rio, água da torneira e águas residuais. Em todos os três aspectos, ainda é muito eficaz. Também teve um bom desempenho em testes estáticos e configurações de fluxo contínuo, indicando uso em sistemas municipais de tratamento de água e purificação industrial.
Formando um ciclo fechado através da destruição e reutilização de PFAS
A captura de PFAS é apenas metade da batalha, uma vez que estes produtos químicos ainda precisam de ser destruídos com segurança. Trabalhando com os professores Pedro Alvarez e James Tour da Rice University, Chung desenvolveu um processo para capturar PFAS em materiais LDH e depois decompô-los termicamente. Quando os materiais carregados com PFAS foram aquecidos com carbonato de cálcio, os pesquisadores removeram mais da metade do PFAS preso e não liberaram subprodutos tóxicos. A mesma etapa também regenera o HDL, possibilitando o reaproveitamento do material.
Os primeiros testes sugerem que o material pode passar por pelo menos seis ciclos completos de captura, destruição e renovação. Isso o torna o primeiro sistema de remoção de PFAS sustentável e ecologicamente correto 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 mudar a forma como as fontes de água contaminadas com PFAS são tratadas num futuro próximo”, disse Wong. “Este é o resultado de uma extraordinária colaboração internacional e da criatividade de jovens investigadores.”
Uma lista de todos os pesquisadores envolvidos neste estudo e suas instituições afiliadas pode ser encontrada aqui. Esta pesquisa foi apoiada pelo Programa de Pesquisa Científica Básica da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia, financiado pelo Ministério da Educação (2021R1A6A3A14044449, RS-2023-00242795), pela Bolsa de Pesquisa de Convergência Nacional do Desafio Científico e pela Bolsa Científica Sejong da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia e uma bolsa do Ministério da Ciência (NRF-2022M3C1C8094245) e TIC (RS-2024-00395438). Este trabalho também foi apoiado por doações da Saudi Aramco-KAIST CO2 Management, do Centro de Pesquisa de Engenharia de Nanossistemas para Tratamento de Água Nanotecnológica (NEWT), uma doação do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Engenharia do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA (W912HZ-21-2-0050), o Instituto de Pesquisa de Sustentabilidade do Arroz e o Instituto de Pesquisa da Água do Arroz.
