Químicos da Universidade de São Petersburgo (Rússia), desenvolveram um método para purificar a água de compostos orgânicos usando fotocatalisadores à base de nanopartículas de óxido de estanho
Resumo gráfico da abordagem para o desenvolvimento de um material com atividade fotocatalítica contra poluentes orgânicos e bactérias.( Fonte: Universidade de São Petersburgo)
A contaminação da água é uma das questões ambientais agudas do nosso tempo. Devido à alta taxa de desenvolvimento industrial e volumes crescentes de efluentes, a ecologia dos corpos de água está se deteriorando. Os cientistas estão, portanto, trabalhando arduamente para desenvolver novas formas de tratamento de descargas industriais que rapidamente e sem resíduos desnecessários purifiquem a água de poluentes complexos, como corantes orgânicos.
Uma das abordagens mais promissoras na tecnologia de tratamento de efluentes para purificar a água é usar a fotocatálise. É um processo no qual a energia da luz é usada para desencadear reações químicas para quebrar os compostos orgânicos em dióxido de carbono e água por meio da presença de um catalisador, um material especial na forma de nanopartículas. Até agora, não havia entendimento do que exatamente determina a eficiência e a velocidade dessa purificação: o tamanho das partículas, as características de sua estrutura ou sua composição. Os pesquisadores da Universidade de São Petersburgo encontraram a resposta para essa pergunta.
Os químicos da Universidade de São Petersburgo propuseram uma abordagem sistemática para combinar um determinado contaminante com nanopartículas para uso em unidades fotocatalíticas de purificação de água. Os materiais desenvolvidos exibem atividade fotocatalítica quando expostos à luz visível de lâmpadas de diodo comuns, que em todos os aspectos são mais baratas e fáceis de operar do que as ultravioletas usadas anteriormente.
“Oferecemos uma abordagem fundamentalmente nova, que pode ser comparada a um sistema de navegação rodoviária. Por exemplo, você pode usar um mapa de papel comum ao escolher uma rota para o seu destino, traçando sua rota em tempo real, guiado por sinais de trânsito e pela situação. Propomos um algoritmo semelhante aos sistemas de navegação modernos que, para qualquer destino desejado, processam várias opções de rota, analisam a situação atual do tráfego e selecionam a rota mais curta. Enquanto anteriormente os materiais para fotocatalisadores eram escolhidos quase aleatoriamente, hoje esse processo está se tornando bem fundamentado”, disse Anastasiia Podurets, pesquisadora principal do projeto, do Departamento de Química Geral e Inorgânica da Universidade de São Petersburgo.
Foram usadas nanopartículas baseadas em dióxido de estanho contendo elementos 3d (cobalto, níquel, cobre) . A equipe de pesquisa de síntese e pesquisa de nanopartículas e materiais nanoestruturados, realizou um estudo em larga escala dos processos de formação de nanopartículas e produtos da decomposição fotocatalítica de contaminantes em diferentes condições. Os cientistas descobriram que, para criar um catalisador eficaz, é necessário organizar sua síntese de tal forma que um corpo sólido com o número máximo de vacâncias de oxigênio, defeitos de rede quando não há átomos individuais nele, seja formado. São as vacâncias que permitem que os pares de elétron-buraco emergentes sejam transferidos para a superfície das nanopartículas, onde desempenham um papel importante na destruição de moléculas contaminantes. É importante não ter muitos outros defeitos, caso contrário, o resultado será o oposto. A abordagem desenvolvida foi comprovada com o amplamente utilizado corante orgânico azul de metileno e o antibiótico oxitetraciclina.
Além da fotocatálise, os cientistas demonstraram a atividade antibacteriana das nanopartículas sintetizadas usando a bactéria E.Coli. Como os mecanismos de destruição de moléculas orgânicas são semelhantes aos usados para neutralizar bactérias, fotocatalisadores eficazes também são capazes de destruir as bactérias correspondentes.
Os pesquisadores dizem que esse método também é aplicável a outros poluentes: cálculos especiais são necessários para entender como alterar os parâmetros das nanopartículas contra diferentes contaminantes.
As descobertas da pesquisa apoiada por uma bolsa da Fundação Russa para Pesquisa Básica foram publicadas na revista científica Journal of Alloys and Compounds .
Fonte: St Petersburg University
Adaptado por Digital Water
