Notícia

Pesquisadores desenvolvem nova maneira de eliminar rapidamente micropoluentes da água

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

sexta-feira, 12 janeiro 2024 18:00

Áreas

Engenharia Ambiental. Gestão de Resíduos. Inovação. Materiais. Qualidade da Água. Química. Saneamento. Saúde. Sustentabilidade. Tecnologias. Toxicologia.

‘Zwitteriônico’ pode não ser uma palavra que se encontra todos os dias, mas para o Dr. Patrick Doyle, professor do Departamento de Engenharia Química do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, é uma palavra central para a tecnologia que seu grupo está desenvolvendo para remover micropoluentes da água. Derivado da palavra alemã ‘zwitter’, que significa ‘híbrido’, moléculas ‘zwitteriônicas’ são aquelas com um número igual de cargas positivas e negativas.

Devashish Gokhale, estudante de doutorado no laboratório do professor Doyle, usa o exemplo de um ímã para descrever materiais zwitteriônicos: “Em um ímã, você tem um polo norte e um polo sul que se unem, e em uma molécula zwitteriônica, você tem uma carga positiva e uma carga negativa que se unem de maneira semelhante”. Como muitos micropoluentes inorgânicos e alguns micropoluentes orgânicos são carregados, o Dr. Patrick Doyle e sua equipe têm investigado como implantar moléculas zwitteriônicas para capturar micropoluentes na água.

Em um novo artigo publicado na revista científica Nature Water, o professor Doyle, Devashish Gokhale e o estudante de graduação Andre Hamelberg explicaram como usam hidrogéis zwitteriônicos para capturar de forma sustentável micropoluentes orgânicos e inorgânicos da água com complexidade operacional mínima.

No passado, moléculas zwitteriônicas foram usadas como revestimentos em membranas para tratamento de água devido às suas propriedades não incrustantes. Mas no sistema do grupo do professor Doyle, moléculas zwitteriônicas são usadas para formar o material de estrutura, ou espinha dorsal dentro do hidrogel – uma rede tridimensional porosa de cadeias poliméricas que contém uma quantidade significativa de água.

“As moléculas zwitteriônicas têm uma atração muito forte pela água em comparação com outros materiais usados para fazer hidrogéis ou polímeros”, disse Devashish Gokhale. Além do mais, as cargas positivas e negativas nas moléculas zwitteriônicas fazem com que os hidrogéis tenham uma compressibilidade menor do que a comumente observada em hidrogéis. Isto resulta em hidrogéis significativamente mais ‘inchados’, robustos e porosos, o que é importante para a expansão do sistema à base de hidrogel para tratamento de água.

Os estágios iniciais desta pesquisa foram apoiados por uma bolsa inicial do Laboratório de Sistemas de Água e Alimentos Abdul Latif Jameel do MIT (J-WAFS). Agora, o grupo de Doyle está agora buscando a comercialização da plataforma tanto para uso doméstico quanto para aplicações em escala industrial.

Em busca de uma solução sustentável

Os micropoluentes são materiais quimicamente diversos que podem ser prejudiciais à saúde humana e ao meio ambiente, embora sejam normalmente encontrados em baixas concentrações (microgramas a miligramas por litro) em relação aos contaminantes convencionais. Os micropoluentes podem ser orgânicos ou inorgânicos e podem ser naturais ou sintéticos. Os micropoluentes orgânicos são principalmente moléculas à base de carbono e incluem pesticidas e substâncias per e polifluoroalquil (PFAS), conhecidas como ‘produtos químicos para sempre’. Os micropoluentes inorgânicos, como metais pesados como chumbo e arsênico, tendem a ser menores que os micropoluentes orgânicos. Infelizmente, micropoluentes orgânicos e inorgânicos estão presentes no meio ambiente.

Muitos micropoluentes provêm de processos industriais, mas os efeitos das alterações climáticas induzidas pelo homem também estão contribuindo para a propagação ambiental de micropoluentes. Devashish Gokhale explicou que, na Califórnia, por exemplo, os incêndios queimam cabos elétricos de plástico e transferem micropoluentes para os ecossistemas naturais. O professor Doyle acrescentou que “fora das alterações climáticas, eventos como pandemias podem aumentar o número de micropoluentes orgânicos no ambiente devido às altas concentrações de produtos farmacêuticos nas águas residuais”.

Não é nenhuma surpresa, então, que nos últimos anos os micropoluentes tenham se tornado cada vez mais uma preocupação. Esses produtos químicos atraíram a atenção da mídia e levaram a “mudanças significativas na engenharia ambiental e no cenário regulatório”, disse Gokhale. Em março de 2023, a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) propôs um padrão federal rigoroso que regularia seis produtos químicos PFAS diferentes na água potável. Em Outubro passado, a EPA propôs a proibição do micropoluente tricloroetileno, um produto químico causador de câncer  que pode ser encontrado em produtos de limpeza. E ainda recentemente, em Novembro, a EPA propôs que as empresas de abastecimento de água em todo o país fossem obrigadas a substituir toda a sua tubulação de chumbo para proteger o público da exposição ao chumbo. Em nível internacional, Devashish Gokhale destacou a Convenção de Oslo-Paris, cuja missão é proteger o ambiente marinho do nordeste do Oceano Atlântico, incluindo a eliminação progressiva da descarga de produtos químicos offshore das indústrias de petróleo e gás.

A cada nova regulamentação necessária para proteger a segurança dos recursos hídricos aumenta a necessidade de processos eficazes de tratamento de água. Para agravar este desafio ainda deve ser considerada a necessidade de tornar os processos de tratamento de água sustentáveis e energeticamente eficientes.

O método de referência para tratar micropoluentes na água é o carvão ativado. No entanto, fabricar filtros com carvão ativado consome muita energia, exigindo temperaturas muito altas em instalações grandes e centralizadas. Gokhale disse que aproximadamente “são necessários quatro quilos de carvão para produzir um quilograma de carvão ativado, então você perde uma quantidade significativa de dióxido de carbono para o meio ambiente”. De acordo com o Fórum Económico Mundial, o tratamento global de água e águas residuais é responsável por 5% das emissões anuais. Só nos EUA, a EPA informou que os sistemas de água potável e de águas residuais são responsáveis por mais de 45 milhões de toneladas de emissões de gases com efeito de estufa anualmente.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Carolyn Blais, Abdul Latif Jameel World Water and Food Security Lab/MIT. Imagem: hidrogéis desenvolvidos no MIT podem ser usados para remover micropoluentes da água. Fonte: Sebastian Gonzalez Quintero, MassArt/MIT.​