Notícia

Pesquisadores conseguem produzir fluoroquímicos sem o uso do perigoso gás fluoreto de hidrogênio

Fonte

Universidade de Oxford

Data

quarta-feira, 26 julho 2023 17:10

Áreas

Carbono. Economia. Energia. Indústria. Materiais. Química. Sustentabilidade. Tecnologias.

Fluoroquímicos são um grupo de produtos químicos que têm uma ampla gama de aplicações importantes – incluindo polímeros, agroquímicos, produtos farmacêuticos e baterias de íon-lítio em smartphones e carros elétricos – configurando um mercado global de US$ 21,4 bilhões (cerca de R$ 101 bilhões) em 2018.

Atualmente, todos os fluoroquímicos são gerados a partir do gás tóxico e corrosivo fluoreto de hidrogênio (HF), em um processo altamente intensivo em energia. Apesar dos rigorosos regulamentos de segurança, os derramamentos de HF ocorreram inúmeras vezes nas últimas décadas, às vezes com acidentes fatais e efeitos ambientais prejudiciais.

Para desenvolver uma abordagem mais segura, uma equipe de químicos da Universidade de Oxford, no Reino Unido, juntamente com colegas da FluoRok, da University College London e da Universidade Estadual do Colorado, nos Estados Unidos, inspiraram-se no processo natural de biomineralização que forma dentes e ossos. Normalmente, o próprio HF é produzido pela reação de um mineral cristalino chamado espatoflúor (CaF2) com ácido sulfúrico em condições adversas, antes de ser usado para produzir produtos químicos fluorados. No novo método, os fluoroquímicos são feitos diretamente do CaF2, ignorando completamente a produção de HF: uma conquista que os químicos buscam há décadas.

No novo método, o CaF2 em estado sólido é ativado por um processo inspirado na biomineralização, que imita a forma como os minerais de fosfato de cálcio se formam biologicamente nos dentes e ossos. A equipe moeu CaF2 com sal de fosfato de potássio em pó em um moinho de bolas por várias horas, usando um processo mecanoquímico que evoluiu da maneira tradicional de moer especiarias com pilão e almofariz.

O produto em pó resultante, chamado Fluoromix, permitiu a síntese de mais de 50 fluoroquímicos diferentes diretamente do CaF2, com até 98% de rendimento. O método desenvolvido tem o potencial de simplificar a atual cadeia de abastecimento e diminuir os requisitos de energia, ajudando a atingir futuras metas de sustentabilidade e reduzir a pegada de carbono da indústria.

Além disso, o processo de estado sólido desenvolvido foi tão eficaz com espatoflúor de grau ácido (> 97%, CaF2) quanto com CaF2 de grau de reagente sintético. O processo representa uma mudança de paradigma para a fabricação de fluoroquímicos em todo o mundo e levou à criação da FluoRok, uma startup fundada em 2022 que se baseia em décadas de pesquisa nos laboratórios da Dra. Véronique Gouverneur FRS, autora principal do estudo e professora da Departamento de Química da Universidade de Oxford. A tecnologia proprietária da FluoRok emprega diretamente resíduos fluorados ou minerais fluorados naturais como fonte, para acessar compostos de alto valor que são essenciais para a transição energética mundial, para o suprimento global de alimentos e para a saúde.

A professora Véronique Gouverneur explicou: “O uso direto de CaF2 para fluoração é um santo graal no campo, e uma solução para este problema tem sido buscada por décadas. A transição para métodos sustentáveis de fabricação de produtos químicos, com impacto reduzido ou inexistente no meio ambiente, é hoje uma meta de alta prioridade que pode ser acelerada com programas ambiciosos e um repensar total dos processos de fabricação atuais. Este estudo representa um passo importante nessa direção, pois o método desenvolvido em Oxford tem potencial para ser implementado em qualquer lugar na academia e na indústria, minimizando as emissões de carbono, encurtando as cadeias de suprimentos e oferecendo maior confiabilidade à luz da fragilidade das cadeias de suprimentos globais”

Calum Patel, doutorando no Departamento de Química e um dos principais autores do estudo, acrescentou: “A ativação mecanoquímica de CaF2 com um sal de fosfato foi uma invenção empolgante porque esse processo aparentemente simples representa uma solução altamente eficaz para um problema complexo; no entanto, grandes questões sobre como essa reação funcionou permaneceram. A colaboração foi fundamental para responder a essas perguntas e avançar nossa compreensão dessa nova e inexplorada área da química do flúor. Soluções bem-sucedidas para grandes desafios vêm de abordagens e conhecimentos multidisciplinares; acho que o trabalho realmente capta a importância disso”.

O estudo foi publicado na revista Science.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Oxford (em inglês).

Fonte: Universidade de Oxford. Imagem: ilustração artística do processo de moagem por trás do método recém-desenvolvido para gerar produtos químicos fluorados. Fonte: Calum Patel, Universidade de Oxford.