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Tratamento eletroquímico de água desenvolvido pelo MIT

Novo tratamento eletroquímico desenvolvido por pesquisadores do MIT remove até mesmo as menores quantidades de contaminação

 

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Quando o assunto é remover concentrações muito diluídas de poluentes da água, os métodos de separação existentes tendem a ser intensivos em energia e químicos. Agora, um novo método desenvolvido no MIT pode dar uma alternativa seletiva para remover mesmo níveis extremamente baixos de compostos indesejados.

A nova abordagem está descrita na revista científica Energy and Environmental Science, em um paper do pós-doutor do MIT Xiao Su, do professor de engenharia química T. Alan Hatton, e cinco outros do MIT e da Universidade Técnica de Darmstadt na Alemanha.

O sistema utiliza um novo método, com base em um processo eletroquímico, para remover seletivamente contaminantes orgânicos tais como pesticidas, resíduos químicos e farmacêuticos, mesmo quando presentes em pequenas e ainda perigosas concentrações. A abordagem também trata das limitações chave dos métodos de separação eletroquímica tradicionais, tais como flutuações na acidez e perdas na performance que podem ocorrer como resultado de reações de superfície concorrentes.

 

 

Os sistemas atuais para lidar com esses contaminantes diluídos incluem filtração por membrana, que é cara e tem efetividade limitada em pequenas concentrações, e eletrodiálise e deionização capacitiva, as quais geralmente necessitam de altas tensões que tendem a produzir reações colaterais, disse Su. Esses processos também são prejudicados pelo excesso de sais gerados.

Materiais faradaicos

No novo sistema, a água flui entre superfícies quimicamente tratadas, ou “funcionalizadas”, que servem como eletrodos positivo e negativo. As superfícies desses eletrodos são revestidas com o que é conhecido como materiais faradaicos, os quais sofrem reações para se tornar positiva ou negativamente carregados. Esses grupos ativos podem ser ajustados para se ligar fortemente com um tipo específico de molécula poluidora, como a equipe demonstrou usando ibuprofeno e vários pesticidas. Os pesquisadores descobriram que esse processo pode remover efetivamente essas moléculas até mesmo em concentrações de partes por milhão.

Estudos prévios normalmente focaram em eletrodos condutores, ou placas funcionalizadas em somente um eletrodo, mas estes geralmente atingem altas tensões que produzem compostos contaminantes. Usando adequadamente os eletrodos funcionalizados tanto no lado positivo como no negativo, em uma configuração assimétrica, os pesquisadores quase que eliminaram completamente essas reações colaterais. Também, esses sistemas assimétricos permitem a remoção seletiva simultânea dos íons tóxicos positivos e negativos, como a equipe demonstrou com os herbicidas paraquat e quinchlorac.

 

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Processo altamente seletivo

O mesmo processo seletivo poderia também ser aplicado para recuperar compostos de alto valor em uma planta de produção química ou farmacêutica, onde, caso contrário, seriam descartados, disse Su.

“O sistema pode ser usado em remediação ambiental, na remoção de químicos orgânicos tóxicos ou em uma planta química para recuperar produtos de valor agregado, já que todos dependeriam do mesmo princípio para remover os íons minoritários de um complexo sistema multi-íons”.

O sistema é inerentemente altamente seletivo, mas na prática provavelmente seria projetado com múltiplos estágios para lidar com uma variedade de compostos em sequência, dependendo da exata aplicação, disse Su.

“Tais sistemas podem acabar sendo úteis”, ele sugere, “para sistemas de purificação de água para áreas remotas do mundo em desenvolvimento, aonde a poluição com pesticidas, corantes e outros químicos são geralmente um problema no abastecimento de água. O sistema altamente eficiente e eletricamente operado pode funcionar com energia de painéis solares em áreas rurais, por exemplo”.

Ao contrário dos sistemas baseados em membrana que requerem altas pressões, e de outros sistemas eletroquímicos que operam em altas voltagens, o novo sistema opera com relativamente benignas baixas tensões e pressões, disse Hatton. E, ele aponta, em contraste com os sistemas de troca iônica convencionais aonde a liberação dos compostos capturados e a regeneração dos adsorventes vai requerer a adição de químicos, “no nosso caso você pode apenas alternar um interruptor” para obter o mesmo resultado trocando a polaridade dos eletrodos.

Aumento de escala

A equipe de pesquisa já vem acumulando uma série de honrarias pelo desenvolvimento contínuo de tecnologias de tratamento de água, incluindo prêmios das competições J-WAFS Solutions e Massachusetts Clean Energy Catalyst, e os pesquisadores foram os grandes vencedores do MIT Water Innovation Prize do último ano. Os pesquisadores entraram com o pedido de patente do novo processo.

“Nós definitivamente queremos implementar isso no mundo real”, disse Hatton

Enquanto isso, eles estão trabalhando no aumento de escala de seus dispositivos protótipos no laboratório e melhorando a robustez química.

Essa técnica “é altamente significativa, já que estende as capabilidades dos sistemas eletroquímicos de basicamente não seletivos para a remoção altamente seletiva de poluentes chave”, disse Matthew Suss, um professor assistente de engenharia mecânica na Technion Institute of Technology de Israel, que não esteve envolvido com esse trabalho.

“Como muitas das técnicas emergentes de purificação de água, ela ainda deve ser testada nas condições do mundo real e por longos períodos para verificar a durabilidade. Contudo, o sistema protótipo atingiu mais de 500 ciclos, o que é um resultado altamente promissor”.

Esses pesquisadores “tem explorado sistematicamente uma variedade de configurações de dispositivos e uma variedade de contaminantes”, disse Kyle Smith, um professor de engenharia e ciência mecânica da Universidade de Illinois, que não esteve envolvido com esse trabalho.

“No processo eles identificaram princípios gerais de projeto pelos quais se alcança a remoção seletiva de contaminantes. Sobre isso, acho o estudo de Hatton e dos co-autores muito completo e profundo. Ele fornece a estrutura ou paradigma para ser emulado por outros pesquisadores”. Porém, ele acrescenta, “Um desafio significativo que permanece é o aumento de escala dessas tecnologias”.

Equipe

A equipe também inclui Kai-Jher Tan, Johannes Elbert, e o professor de química Timothy Jamison do MIT; e Christian Ruttiger e Markus Gallei na Universidade Técnica de Darmstadt. O trabalho contou com o apoio de um financiamento da Abdul Latif Jameel World Water e do Food Security Lab (J-WAFS) do MIT.

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

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