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A química dos materiais porosos ao serviço do ambiente

A química dos materiais porosos ao serviço do ambiente

Moisés Pinto 15/09/2020 10:06

Para que seja possível implementar a aplicação de novos materiais porosos em sistemas de uso corrente é necessário desenvolver processos de produção em larga escala que sejam economicamente viáveis e ambientalmente sustentáveis.

por Moisés Pinto

A possibilidade de conseguir distinguir e separar, ou capturar, de forma eficiente alguns compostos em misturas onde por vezes existem muitos compostos diferentes é um dos contributos fundamentais da química atual para a resolução de problemas ambientais. Dois exemplos bem conhecidos são a remoção de dióxido de carbono nas emissões de gases para a atmosfera e a remoção de compostos tóxicos em águas residuais, ambientais ou para consumo humano. Numa perspetiva microscópica, trata-se de conseguir distinguir e separar umas moléculas de outras. Um tipo muito interessante de materiais sólidos que permitem fazer esse truque aparentemente difícil é o tipo de materiais que possuem porosidade na sua estrutura, podendo acomodar no seu interior moléculas de líquidos ou gases. Nos anos mais recentes, o desenvolvimento na área dos materiais porosos tem levado a um crescimento exponencial do seu número, com diferentes estruturas conhecidas. Atualmente, todos os anos são criados milhares de novos materiais porosos, com novas estruturas e composições, para os quais se perspetivam diferentes aplicações.

Embora de forma empírica, sem saber que era este tipo de poros que estava na origem de algumas propriedades macroscópicas, alguns destes materiais têm vindo a ser aplicados na resolução de muitos problemas desde a Antiguidade. Os carvões ativados são um dos exemplos mais conhecidos e antigos deste tipo de materiais, pois existe registo da sua aplicação à medicina pelos egípcios (1500 a.C.), por Hipócrates e Plínio (460 a.C.) e por Galeno, enquanto os fenícios (460 a.C.) terão aplicado, pela primeira vez, o carvão ativado na purificação de água.

Do ponto de vista conceptual, os materiais porosos têm uma superfície de contacto com o meio circundante muito grande por terem poros muito pequenos e em grande quantidade. De facto, existem atualmente materiais com mais de 6000 m2 por grama de material ou, dito de outra forma, 10 gramas de material têm uma área equivalente a seis campos de futebol! Isto leva a que uma pequena quantidade de material tenha uma forte interação com os gases ou líquidos onde está inserida, ocorrendo a sua acumulação no interior, que se designa por adsorção. Essa forte interação pode levar a alterações em algumas propriedades dos próprios sólidos, normalmente propriedades elétricas, óticas ou magnéticas, e que podem ser específicas para o fluido onde estão inseridos. Estas alterações são muito interessantes, pois viabilizam a aplicação tecnológica destes materiais em sensores.

Um outro aspeto muito relevante para a aplicação tecnológica destes materiais é a alteração da composição dos gases ou líquidos que estão em contacto com os materiais porosos, devido à sua adsorção. Essa alteração acontece devido à acumulação seletiva de alguns compostos no interior nos poros, que pode ser aproveitada para a separação dos componentes de misturas, armazenamento de compostos, libertação controlada de compostos e descontaminação de águas e gases. Um grande número de importantes separações industriais podem vir a ser efetuadas com maior eficiência energética recorrendo a este tipo de materiais, em substituição dos processos tradicionais. No contexto da captura de CO2, muitos materiais porosos novos têm vindo a ser propostos para a diminuição das emissões em fontes estacionárias, como fábricas e centrais elétricas. Algumas aplicações são até em áreas nada óbvias, como aquela que está a ser desenvolvida no Instituto Superior Técnico dentro do projeto europeu NEMOSINE, em que alguns materiais deste tipo estão a ser otimizados para ajudarem na conservação de filmes e fotografias em arquivos. Neste caso em concreto, pretendemos remover pequenas quantidades de ácido acético, que se vai formando pela degradação dos filmes de acetato de celulose. Caso ocorra acumulação deste ácido dentro das caixas onde os filmes estão guardados, a degradação será muito mais rápida. Outro exemplo de aplicação em que estamos envolvidos é na área da saúde, em que alguns materiais estão a ser desenvolvidos para armazenar e depois libertar óxido nítrico (também designado por monóxido de nitrogénio) de forma controlada e muito localizada. Este gás é extremamente tóxico. No entanto, é produzido dentro do nosso corpo em concentrações muito pequenas, tendo um papel central na regulação de muitos sistemas do corpo humano. A sua administração localizada pode ser usada na terapia de muitas doenças.

Para que seja possível implementar a aplicação de novos materiais porosos em sistemas de uso corrente é necessário desenvolver processos de produção em larga escala que sejam economicamente viáveis e ambientalmente sustentáveis. Estão em curso na Europa e nos EUA alguns projetos com estes objetivos, mas esta é certamente uma via que necessita ainda de um considerável investimento em investigação e desenvolvimento, para que esses processos de produção se estabeleçam na indústria e um maior número destes novos materiais porosos possam ser aplicados em maior escala. Apesar disso, é possível antever que, nos anos futuros, o número de aplicações irá seguramente aumentar, nomeadamente nas áreas da energia, do ambiente, da eletrónica, biomédicas e dos materiais inteligentes multifuncionais.

 

Professor do Instituto Superior Técnico e investigador do Centro de Recursos Naturais e Ambiente

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