Uma «autoestrada de moléculas» superpotente poderá transformar os processos industriais
Uma nova tecnologia de membranas que permite uma separação de moléculas mais rápida e precisa poderá melhorar a eficiência e a sustentabilidade dos processos industriais com elevado consumo energético
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Investigadores de engenharia química da Universidade de Queensland desenvolveram uma tecnologia que permite que as moléculas se desloquem de forma eficiente através das membranas, sem afetar o desempenho da separação.
O engenheiro químico Professor Xiwang Zhang, diretor do Centro Dow para a Inovação em Engenharia Sustentável da UQ e do Centro de Excelência ARC para a Transformação Eletroquímica Ecológica do Dióxido de Carbono, afirmou que esta descoberta resolveu um desafio de longa data na tecnologia de membranas.
«Permitir que as moléculas se desloquem mais rapidamente, mantendo ao mesmo tempo uma precisão de separação excecional, reduz potencialmente o consumo de energia nestes processos industriais», afirmou.
«As indústrias precisam de membranas capazes de processar grandes volumes de materiais rapidamente, permitindo ao mesmo tempo que apenas as moléculas desejadas passem.
«Mas quanto mais rapidamente as moléculas se movem através de uma membrana, mais difícil se torna separá-las com precisão.
«Superar este compromisso tem sido um dos maiores desafios na ciência das membranas.»
Para resolver o problema, os investigadores analisaram o interior da própria membrana, concentrando-se em minúsculos canais com menos de um nanómetro de largura, cerca de 100 000 vezes mais finos do que um cabelo humano.
«Estes canais são como “autoestradas moleculares” e constituem uma componente crucial da tecnologia das membranas, mas apresentam frequentemente barreiras de atrito e adesão», afirmou o professor Zhang.
«É muito difícil redesenhar esta autoestrada, por isso colocámos uma questão simples: em vez de nos limitarmos a alterar o tamanho ou a composição química destas autoestradas, será que poderíamos torná-las dinâmicas para ajudar as moléculas a moverem-se mais rapidamente?
«A introdução de iões de amónio auto-rotativos nos nanocanais poderia melhorar drasticamente o transporte molecular.
«A mobilidade natural das partículas de amoníaco ajudou a converter um canal outrora rígido e estático num ambiente de transporte dinâmico, promovendo uma melhor transferência de energia e um movimento eficiente.
«As moléculas auto-rotativas são como uma catraca que nos ajuda a regular o tráfego molecular com precisão, mantendo ao mesmo tempo as moléculas em movimento rápido.
«Essencialmente, melhorámos as autoestradas para que possamos obter o melhor dos dois mundos: velocidade e seletividade.»
Em experiências de separação de etanol e água, os investigadores demonstraram com sucesso uma melhoria de dez vezes na precisão da separação, em comparação com uma membrana de filtração padrão.
«A nossa nova membrana aumentou o transporte de água em aproximadamente 44 por cento e reduziu o etanol em 90 por cento», afirmou o professor Zhang.
O professor Zhang referiu que o próximo passo será traduzir a tecnologia em aplicações práticas, incluindo separações industriais energeticamente eficientes, recuperação de recursos, utilização de CO₂ e proteção ambiental.
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