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Engenheiros da Universidade de Viena desenvolveram um novo material composto que faz um filtro eficiente para remover poluentes orgânicos da água. O sistema usa "nanoesponjas" superporosas embutidas em uma folha de grafeno.

A chave para os novos filtros é uma classe de material chamada estruturas orgânicas covalentes (COFs). Essas estruturas são extremamente porosas, dando-lhes uma enorme área de superfície contida em um pequeno espaço, o que significa que são eficazes em agarrar grandes quantidades de moléculas. Materiais relacionados conhecidos como estruturas metal-orgânicas (MOFs) estão sendo investigados para uso na captura de carbono, dessalinização ou extração de água potável do ar rarefeito, e os COFs podem ter um conjunto semelhante de funções.

Para o novo estudo, os pesquisadores se concentraram em usar um COF para remover corantes orgânicos da água. Esses produtos químicos são um poluente comum de águas residuais industriais e podem ser tóxicos e cancerígenos – para não mencionar difíceis de remover.

A equipe ajustou o COF para fazê-lo agarrar seletivamente as moléculas de corante orgânico. Isso envolve fazer os poros da forma e tamanho certos – entre 0,8 e 1,6 nanômetros – e dar à superfície uma carga negativa, para atrair as moléculas de corante carregadas positivamente.

Mas havia outro obstáculo a superar. Quando o material é usado na forma de pó, os poros nas bordas externas se enchem de moléculas primeiro, deixando os do centro vazios e essencialmente inúteis. Assim, a equipe desenvolveu uma maneira de espalhar o COF cultivando-o em uma folha de grafeno.

O resultado final foi uma camada de COF de dois nanômetros de espessura em uma camada de átomo único de grafeno, o que aumentou a capacidade máxima do material para conter moléculas de corante orgânico. O próprio grafeno tem poros bastante grandes, permitindo que a água flua rapidamente enquanto o COF faz seu trabalho.

“Os grandes poros da rede de grafeno em combinação com a camada COF ultrafina e seu grande número de locais de adsorção permitem, portanto, um tratamento de águas residuais particularmente rápido e eficiente”, disseram os pesquisadores.

A técnica também deve ser razoavelmente barata, de acordo com a equipe. Não é necessário usar muito grafeno e o COF pode ser limpo e reutilizado.

A pesquisa foi publicada na revista Angewandte Chemie.

Fonte: Universidade de Viena