Nano-esponjas de grafeno filtrando resíduos industriais

A chave para os novos filtros é uma classe de material chamada estruturas orgânicas covalentes (COFs). 

Essas estruturas são extremamente porosas, dando-lhes uma enorme área de superfície contida em um pequeno espaço, o que significa que são eficazes de segurar grandes quantidades de moléculas.

Materiais relacionados conhecidos como estruturas metal-orgânicas (MOFs) estão sendo pesquisados para uso na captura de carbono, dessalinização ou extração de água potável do ar, e os COFs podem ter um conjunto semelhante de funções.

Para o novo estudo, os pesquisadores se concentraram em usar um COF para remover corantes orgânicos da água. 

Esses produtos químicos são um poluente comum de águas residuais industriais e podem ser tóxicos e cancerígenos – para não mencionar que são difíceis de remover.

A equipe ajustou o COF para fazê-lo conter seletivamente as moléculas de corante orgânico.

Isso envolve tornar os poros da forma e tamanho certos – entre 0,8 e 1,6 nanômetros – e dar à superfície uma carga negativa, para atrair as moléculas de corante carregadas positivamente.

Mas havia outro obstáculo a ser superado. 

Quando o material é usado em sua forma em pó, os poros nas bordas externas se enchem primeiro de moléculas, deixando os do centro vazios e essencialmente inúteis. 

Assim, a equipe desenvolveu uma maneira de espalhar o COF cultivando-o em uma folha de grafeno.

O resultado final foi uma camada de COF de dois nanômetros de espessura em uma camada de um único átomo de grafeno, o que aumentou a capacidade máxima do material de reter moléculas de corante orgânico. 

O grafeno em si tem poros bastante grandes, permitindo que a água flua rapidamente enquanto o COF faz seu trabalho.

“Os grandes poros da rede de grafeno em combinação com a camada ultrafina de COF e seu grande número de locais de adsorção, portanto, permitem um tratamento de águas residuais particularmente rápido e eficiente”, disseram os pesquisadores.

A técnica promete ter uma boa relação custo x benefício de acordo com a equipe.

a) Formação e estrutura de poros do COF-SO ₃ na b) Padrão de DRX em pó de COF-SO ₃ Na a granel. O padrão simulado é apresentado como referência. c) Imagem SEM de COF-SO ₃ Na em massa. d) O procedimento de síntese para CGA. e) Fotografias do CGA (esquerda) e do pó de COF-SO ₃ Na a granel (direita).

Não é necessário usar muito grafeno, e o COF pode ser limpo e reutilizado.

A pesquisa foi publicada na revista Angewandte Chemie.

Fonte: Universidade de Viena