Filtro PFAS de um moinho de bolas
Uma equipa de investigadores está a desenvolver um material amigo do ambiente que poderá ajudar a eliminar estes "químicos eternos
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Os pFAS são compostos fluorados que se encontram em muitos produtos do quotidiano, como o vestuário de exterior e utensílios de cozinha como as panelas de Teflon. Isto deve-se ao facto de os PFAS serem duráveis, resistentes ao calor e repelentes de sujidade. A sua estabilidade é precisamente o que causa problemas: embora potencialmente nocivas para a nossa saúde, estas substâncias quase não se decompõem no ambiente e são consideradas "químicos eternos". Os PFAS também se encontram nas águas residuais. Embora possam ser removidos por filtração, este é um processo trabalhoso. Uma equipa liderada pelo Instituto Federal de Investigação e Teste de Materiais (BAM) desenvolveu agora um novo material de filtragem baseado numa técnica de produção invulgar. Para otimizar o processo, foram realizadas experiências cruciais na fonte de raios X PETRA III do DESY. O grupo de trabalho está a apresentar os seus resultados na revista small.
Os candidatos a este novo material filtrante são conhecidos como "estruturas orgânicas covalentes". Os poros destes COF têm apenas alguns nanómetros de diâmetro, pelo que as moléculas de PFAS ficam literalmente presas no seu interior. Os andaimes à escala nanométrica podem ser fabricados utilizando uma técnica original - moendo-os num tipo especial de moinho. No laboratório, utilizamos um pequeno cilindro de plástico do tamanho de uma caixa de filme", explica Franziska Emmerling, investigadora do BAM. Colocamos um pouco de pó, uma gota de solvente e duas bolas de aço, cada uma do tamanho de um grão de pimenta.
De seguida, um dispositivo especial agita este moinho de bolas mais de 30 vezes por segundo, o que faz com que o seu conteúdo seja triturado. Inicialmente, os grânulos de pó tornam-se mais pequenos, o que aumenta a sua superfície. Após alguns minutos, o calor da fricção, o aumento da pressão e a energia cinética dão início a uma reação química. As partículas finamente moídas combinam-se para formar estruturas maiores, andaimes que podem atuar como um filtro. Este ramo pouco conhecido do fabrico de produtos químicos é conhecido como mecanoquímica.
Na verdade, trata-se de uma história bastante antiga. Provavelmente, a mecanoquímica já desempenhava um papel na antiguidade", afirma o físico Martin Etter, do DESY. As primeiras substâncias farmacêuticas para medicamentos foram, presumivelmente, libertadas ou mesmo formadas em reacções químicas quando a matéria vegetal era triturada num almofariz". Atualmente, os processos mecanoquímicos são utilizados na indústria para sintetizar medicamentos, catalisadores e materiais funcionais. Uma vez que normalmente não necessitam de grandes quantidades de solventes tóxicos e requerem comparativamente pouca energia, estes métodos são considerados sustentáveis e amigos do ambiente.
Mas qual é a forma mais eficaz de produzir as estruturas filtrantes utilizando um moinho de bolas? Para o descobrir, o grupo de investigação de Hamburgo estudou o processo utilizando o feixe de raios X de alta intensidade e focado produzido pelo PETRA III. Enquanto o moinho estava em ação, o feixe digitalizava o seu conteúdo de dez em dez segundos e era capaz de determinar a estrutura dos cristais. O padrão produzido pelos dois materiais de partida no nosso detetor é diferente do padrão do produto químico formado pela reação química", explica Etter. Pudemos observar, em tempo real, como os padrões dos dois produtos químicos iniciais se tornavam cada vez mais fracos, ao mesmo tempo que o padrão do novo produto químico começava a aparecer - o das estruturas de enquadramento".
Para identificar os parâmetros ideais para o processo, a equipa variou uma série de factores, incluindo a frequência com que o moinho de bolas era agitado e a quantidade de solvente adicionado. Os resultados mostraram que os melhores andaimes foram obtidos com uma frequência de 36 hertz, utilizando 266 miligramas de pó e adicionando 250 microlitros de solvente - apenas algumas gotas. Ao contrário de outras estruturas já utilizadas como filtros, o novo material não contém metais pesados e, por isso, seria mais amigo do ambiente.
Embora ainda não seja claro como é que os potenciais filtros de PFAS poderão ser fabricados à escala industrial, Martin Etter já tem algumas ideias sobre onde poderão vir a ser utilizados. Nas estações de tratamento de águas residuais de empresas que produzem químicos PFAS, por exemplo", diz o físico. E talvez um dia possam até ser integrados em torneiras normais para filtrar a nossa água potável".
A investigação em mecanoquímica vai continuar no DESY. Os peritos têm grandes esperanças no PETRA IV, o sucessor planeado da atual fonte de raios X. O PETRA IV fornecerá um feixe de raios X significativamente mais fino e estreitamente colimado, o que deverá acelerar consideravelmente as medições. Isto significa que não poderemos tirar apenas uma fotografia de dez em dez segundos, mas talvez dez fotografias por segundo", afirma Etter com entusiasmo. E isso permitir-nos-ia, por exemplo, observar processos químicos que ocorrem muito rapidamente e nos quais se formam estruturas intermédias de curta duração".
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 Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Maroof Arshadul Hoque, Thomas Sommerfeld, Jan Lisec, Prasenjit Das, Carsten Prinz, Christian Heinekamp, Tomislav Stolar, Martin Etter, David Rosenberger, Janine George, Biswajit Bhattacharya, Franziska Emmerling; "Mechanochemically Synthesized Covalent Organic Framework Effectively Captures PFAS Contaminants"; Small, 2025-9-18
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