Tecnologia mais eficiente para remoção

Pesquisadores da Drexel University encontraram uma tecnologia promissora para remover mercúrio de forma eficiente, mesmo em níveis baixos, e ajudar na limpeza de corpos d'água contaminados. Segundo o líder da pesquisa, Masoud Soroush, a adsorção – o processo de atração e remoção química de contaminantes – parece ser a tecnologia mais viável para esta atividade. “Adsorventes modernos, como resinas, sílica mesoporosa, calcogenídeos e carbonos mesoporosos, têm eficiências mais altas do que adsorventes tradicionais, como carvão ativado, argilas e zeólitas, que têm baixa afinidade com o mercúrio e baixas capacidades”, disse Soroush.

Para o pesquisador, o problema com todos esses materiais é que suas eficiências de remoção de mercúrio ainda são baixas e eles são incapazes de reduzir o nível de mercúrio para menos de 1 parte por bilhão. A equipe da Drexel University e da Temple University explorou a síntese e o uso de um carboneto de titânio modificado na superfície MXene para remoção de mercúrio. Os MXenes são uma família de nanomateriais bidimensionais que foi descoberta há mais de uma década e demonstrou muitas propriedades excepcionais.

Para a remoção de íons de mercúrio, o carboneto de titânio MXene apresenta como vantagens a superfície carregada negativamente e a sintonizabilidade e versatilidade de sua química de superfície, tornando-o atraente para a remoção de íons de metais pesados. “Sabíamos que materiais 2D, como óxido de grafeno e dissulfeto de molibdênio, já haviam sido eficazes na remoção de metais pesados de águas residuais por meio de adsorção por causa de suas funcionalidades/estruturas químicas que atraem íons metálicos”, disse Soroush. “A tecnologia MXenes é um tipo semelhante de materiais, mas estimamos que o carboneto de titânio MXene poderia ter capacidades de absorção muito maiores do que esses outros materiais, tornando-o um melhor sorvente para íons de mercúrio”. Apesar da boa notícia, a equipe comandada por Soroush precisou realizar um ajuste importante na estrutura química do carboneto de titânio MXene para melhorar ainda mais o material para uma de suas tarefas mais desafiadoras. “O mercúrio é chamado de mercúrio por uma razão – é bastante evasivo uma vez emitido no meio ambiente, seja pela queima de combustíveis fósseis, mineração ou incineração de resíduos”, explicou Soroush. “Ele muda rapidamente sua forma química – aumentando sua toxicidade e tornando tremendamente difícil removê-lo dos corpos de água onde inevitavelmente se acumula. Então, para atrair íons de mercúrio ainda mais rápido, precisávamos modificar a superfície dos flocos de carboneto de titânio MXene”.

Há uma atração natural entre os íons de mercúrio e a superfície do carboneto de titânio MXene, pois os íons metálicos são carregados positivamente e a superfície dos flocos de MXene é carregada negativamente. Porém, para puxar os íons de mercúrio da água com mais força, a equipe precisava dar um impulso a essa atração. Para conseguir este efeito, os pesquisadores trataram os flocos de MXene com ácido cloroacético —um processo chamado carboxilação— que fornece ao MXene grupos de ácido carboxílico fortes e altamente móveis e aumenta a carga negativa da superfície dos flocos de MXene, melhorando a capacidade dos flocos de atrair e reter íons de mercúrio. O resultado foi um novo material sorvente chamado carboneto de titânio carboxilado MXene, que demonstrou uma absorção mais rápida de íons de mercúrio e maior capacidade do que todos os adsorventes disponíveis comercialmente. “O carboneto de titânio carboxilado MXene provou ser muito superior ao material sorvente atualmente usado para remoção de íons de mercúrio”, disse Soroush. “Em um minuto, foi capaz de remover 95% dos íons de mercúrio de uma amostra de água contaminada a uma concentração de 50 partes por milhão, o que significa que pode ser eficaz e eficiente o suficiente para uso no tratamento de águas residuais em grande escala”. Já em cinco minutos, o carboneto de titânio MXene e o carboneto de titânio carboxilado MXene removeram 98% dos íons de mercúrio de uma amostra de água de 10 mililitros contaminada com íons de mercúrio em concentrações entre 1 e 1.000 partes por milhão. “Isso indica que tanto [MXene] quanto [MXene carboxilado] são adsorventes eficazes para remover íons de mercúrio de águas residuais devido às suas propriedades estruturais especiais e alta densidade de grupos funcionais de superfície”, escreveu a equipe no artigo https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389422005696?via%3Dihub, publicado no Journal of Hazardous Materials. “Geralmente, o mecanismo de adsorção de íons metálicos segue duas etapas: no início, os íons são rapidamente adsorvidos nos sítios ativos disponíveis, e o processo é rápido. A adsorção prossegue mais lentamente à medida que os locais de adsorção se enchem, e os íons são obrigados a se difundir nos poros e na camada intermediária”.