Novo material polimérico versátil
Coletor de metais altamente eficiente e componente para baterias amigas do ambiente
Os investigadores da Universidade de Ulm desenvolveram um material orgânico com propriedades extraordinárias: O novo polímero é extremamente eficaz na recuperação de metais preciosos valiosos, como o ouro ou o paládio, a partir de soluções, na separação de semi-metais tóxicos e também na transformação de baterias em materiais mais amigos do ambiente. O elevado teor de enxofre e a estrutura esponjosa deste polímero tio-ortoéster são invulgares. Os resultados do projeto realizado no âmbito do Cluster de Excelência POLiS (Post Lithium Storage) foram publicados na revista Angewandte Chemie Novit. Esta nova revista publica apenas trabalhos excepcionais.
A ilustração mostra a estrutura do material tipo esponja com as duas aplicações num cátodo de bateria (esquerda) e para a deposição de iões metálicos (direita)
Dr. J. Richers, Dr. C. Kühne
A caraterística especial do material branco e escamoso desenvolvido pelo grupo de investigação liderado pelo Professor Max von Delius do Instituto de Química Orgânica da Universidade de Ulm é um teor excecionalmente elevado de enxofre de cerca de 50% e uma superfície altamente fissurada.
"O nosso material baseia-se numa classe de reação não utilizada anteriormente na química dos polímeros - a chamada química dos tio-ortoésteres", explica von Delius. "Isto envolve a utilização de moléculas que são constituídas por um átomo de carbono e três átomos de enxofre, como um tripé. Esta composição confere naturalmente ao material um teor de enxofre extremamente elevado e conduz a uma forte ligação cruzada no interior do polímero. Isto assegura uma elevada estabilidade, insolubilidade na água e uma estrutura de superfície extremamente fragmentada". Enquanto o elevado teor de enxofre era um dos objectivos dos investigadores, a estrutura porosa, que é comparável a uma esponja natural, foi criada mais por acaso durante o processo de síntese e acabou por ser um efeito secundário feliz. "Esta grande superfície de contacto significa que os átomos de enxofre podem ligar iões metálicos de forma particularmente eficaz", afirma von Delius.
Uma aplicação possível é a separação direcionada dos chamados metais de cunhagem, como o paládio, o ouro e a prata, a partir de soluções. No caso do paládio, que é amplamente utilizado na indústria farmacêutica e tem um custo semelhante ao do ouro, o material obtém melhores resultados do que os chamados "scavengers" existentes. Trata-se de substâncias de eliminação de metais utilizadas por empresas farmacêuticas, por exemplo, para remover resíduos de paládio de matérias-primas medicinais. As análises da ligação de metais realizadas por uma equipa liderada pela Professora Kerstin Leopold no Instituto de Química Analítica e Bioanalítica revelaram uma capacidade máxima de ligação de paládio de 41,2 miligramas por grama para o polímero de tioortoéster. Este valor é quase duas vezes superior ao de um sequestrador comercial estabelecido.
O polímero é também adequado para aplicações ambientais, por exemplo, para remover substâncias problemáticas como o semi-metal tóxico antimónio das escórias das instalações de incineração de resíduos. Em testes, o novo material absorveu até 2,23 miligramas de antimónio por grama de polímero - várias vezes mais. Até 83% das substâncias ligadas puderam ser novamente libertadas do material, com apenas uma ligeira perda de desempenho após várias aplicações. "A capacidade de separar seletivamente determinados metais é uma grande vantagem", afirma Leopold.
Bateria amiga do ambiente com enxofre em vez de metal
O novo polímero também apresenta propriedades promissoras como componente de sistemas modernos de armazenamento de energia. Como parte do Cluster of Excellence POLiS ("Post Lithium Storage"), os investigadores testaram o material como cátodo sem metal em baterias de iões de lítio. "Observámos uma capacidade estável de cerca de 100 mAh por grama ao longo de 1000 ciclos de carga e descarga. E, ao contrário dos materiais de cátodo convencionais, o novo polímero não contém metais críticos e tem um impacto ambiental significativamente menor", relata von Delius.
O trabalho dos investigadores de Ulm não só foi aceite pela conceituada revista Angewandte Chemie International Edition, como também foi atualizado para a nova revista Angewandte Chemie Novit, depois de ter recebido as melhores notas no processo de revisão pelos pares - o primeiro estudo publicado neste formato, que apenas publica artigos com um valor de novidade excecional.
Está planeado um maior desenvolvimento com parceiros industriais
Já foi apresentado um pedido de patente para o material recentemente desenvolvido, principalmente devido às suas excelentes propriedades como aglutinante seletivo para metais como o paládio e o antimónio. A sua utilização como cátodo orgânico sem metal em baterias de lítio também faz parte do pedido de patente. A equipa de investigação está atualmente a preparar conversações com potenciais parceiros industriais para continuar a desenvolver o processo no sentido da maturidade do mercado em várias áreas - desde a preparação de produtos químicos à purificação da água e ao armazenamento de energia.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Outras notícias do departamento ciência
