Acionado pela luz solar, composto à base de óxido de ferro e hidroxiapatita elimina 75% do corante azul de metileno no meio aquoso e gera combustível limpo com alta estabilidade
Pesquisadores das universidades federais de São Carlos (UFSCar) e do Rio Grande do Norte (UFRN) desenvolveram um nanomaterial sustentável a partir de resíduos da indústria siderúrgica e de conchas marinhas. Acionado pela luz do Sol, o composto é capaz de realizar duas tarefas simultâneas: degradar poluentes na água e produzir hidrogênio (H₂), combustível limpo promissor para a transição energética.
A tecnologia funciona por meio de uma heterojunção, ou seja, uma interface criada pelo acoplamento de dois materiais com comportamentos elétricos distintos: a hidroxiapatita (HAp) e o óxido de ferro (Fe₂O₃). Essa combinação permitiu que o sistema, quando exposto à luz do Sol, eliminasse cerca de 75% do azul de metileno da água em apenas duas horas e meia. Muito empregado na indústria têxtil, esse corante não só traz riscos à saúde humana como também bloqueia a passagem da luz nos corpos d’água, prejudicando a fotossíntese de organismos aquáticos.
A heterojunção também demonstrou capacidade de gerar hidrogênio, reunindo em um único sistema estratégias de tratamento de efluentes, produção de combustível e aproveitamento de resíduos.
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O óxido de ferro foi recuperado de pó de alto-forno (um subproduto particulado gerado na etapa de limpeza de gases da siderurgia), destinado a descarte, enquanto a hidroxiapatita foi obtida a partir dos resíduos de conchas marinhas. A partir de 5 gramas de pó de alto-forno, foi recuperado 1,02 grama de óxido de ferro – rendimento de 25%. Já o rendimento dos resíduos de conchas marinhas para obtenção de hidroxiapatita foi de 63%.
Apoiado pela FAPESP, o trabalho foi descrito em artigo publicado em setembro no International Journal of Hydrogen Energy e teve a participação de pesquisadores do Centro para o Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) que foi financiado pela FAPESP até junho deste ano (leia mais em: agencia.fapesp.br/58777).
A combinação dos dois materiais foi realizada em três diferentes proporções de óxido de ferro – 20%, 40% e 60% –, dando origem às amostras denominadas HFe20, HFe40 e HFe60. Os pesquisadores avaliaram suas propriedades estruturais, morfológicas, ópticas e eletroquímicas e testaram a atividade fotocatalítica (processo no qual a energia da luz ativa o material para degradar poluentes e quebrar moléculas de água, gerando hidrogênio) sob radiação solar. A heterojunção que apresentou o melhor desempenho foi a HFe40.
Nos testes de produção fotocatalítica de hidrogênio, 20 miligramas de HFe40 foram adicionados a 20 mililitros de uma solução contendo 10% de ácido lático. O sistema foi submetido à irradiação solar durante quatro horas e o hidrogênio liberado foi monitorado por um sensor de gás. A heterojunção produziu mais de 25 micromols (0,05 miligrama) de H₂ por grama de material nesse período.
Outro resultado relevante foi a estabilidade da HFe40. Após cinco ciclos de reutilização no processo de degradação do azul de metileno, houve redução de apenas 6% na atividade fotocatalítica.
Para aproximar os experimentos de condições encontradas em ambientes naturais, os pesquisadores também testaram o material em diferentes matrizes aquosas – água da chuva, de lago e de torneira – e as diferenças na atividade da HFe40 foram pequenas.
Próximas etapas
Apesar dos bons resultados, os pesquisadores ressaltaram à Assessoria de Imprensa do CDMF que ainda há desafios antes de uma eventual aplicação em maior escala. Entre as próximas etapas estão o aumento da eficiência da produção de hidrogênio, a quantificação mais precisa do gás produzido e a avaliação da estabilidade do material por períodos mais longos.
Segundo os autores, o principal resultado do trabalho está na demonstração de uma estratégia integrada de economia circular, na qual resíduos industriais e de origem biológica podem ser transformados em materiais funcionais para aplicações simultâneas em remediação ambiental e produção de combustível solar.
A pesquisa também contou com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e do Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da UFRN, além da colaboração da equipe do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM).
Fonte: Agência FAPESP
