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Nanotubo de carbono pode ser a próxima geração de purificação e dessalinização de águas residuais

Por Thaís Garcia
26/03/21 | 16:40
nanotubos
Imagem: Ryan Chen/LLNL

nanotubos Imagem: Ryan Chen/LLNL

A falta de disponibilidade de água doce e potável em alguns países, como Uganda e Haiti, é uma preocupação da comunidade internacional. Em Israel, por exemplo, pode-se experimentar em primeira mão como a água, como um recurso natural, é preciosa para sua nação.

Muitos trabalham na tentativa de solucionar este problema da disponibilidade global de água doce. No Instituto de Tecnologia de Rochester (RIT), em Nova York, pesquisadores estão estudando o uso da nanotecnologia, de nanotubos de carbono – CNTs, como um meio de purificação de água.

Nanotubos de carbono – CNTs

Nanotubos de carbono são como uma folha plana de átomos de carbono, enrolada em um tubo cilíndrico incrivelmente minúsculo com um diâmetro em nanoescala, como mostrado na imagem abaixo:

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Nanotubo de carbono pode ser a próxima geração de purificação e dessalinização de águas residuais 1
Nanotubo de carbono (Imagem: Wikimedia commons).

Esses materiais minúsculos, flexíveis e surpreendentemente resilientes podem muito bem ser a nova direção na purificação de água sustentável em grande escala. A principal vantagem dos CNTs é que a água passa por eles de uma maneira quase sem atrito, devido a algo chamado hidrofobicidade (ou seja, preferência por ficar longe da água).

Mas se os CNTs são hidrofóbicos, como a água chegaria perto ou entraria neles? Este é um ponto importante porque a água é uma molécula polar e os CNTs são apolares, o que significa que eles normalmente não querem se misturar. Uma opção para superar isso é revestir a parte superior de cada tubo com moléculas específicas que inicialmente atrairão água para a abertura. Então, quando a água entra no nanotubo, ela flui muito rapidamente porque está sendo repelida pelas paredes do tubo hidrofóbico. Por outro lado, a maioria dos sais, íons e poluentes não flui através do nanotubo porque são atraídos e capturados pelo revestimento na abertura.

Como a água passa pelos CNTs com tanta facilidade e os poluentes não, os CNTs têm potencial para ser uma ótima solução para a purificação da água. Se houver a capacidade de usar CNTs na próxima geração de tecnologia de purificação de água, então será possível dessalinizar (livrar-se do sal) e remover poluentes de águas inutilizáveis ​​em todo o mundo com menos energia e menos dinheiro do que os métodos atuais exigem.

Problema global

Melhorar a purificação da água é realmente um problema global. Israel, juntamente a outras nações do Oriente Médio e do Norte da África, já foram considerados “sem água” em 1995. O que indica que o país está retirando anualmente mais de 25% de seus recursos renováveis ​​de água doce para uso agrícola, doméstico e industrial. Até o ano de 2025, prevê-se que mais de 2,8 bilhões de pessoas em 48 países sofrerão “estresse hídrico” ou pior. Estresse hídrico é uma situação em que a procura de água por habitante (mg0/h) é maior que a capacidade de oferta de um corpo hídrico. É também quando uma pessoa tem menos de 1000 m³ de água. Ou seja, quando não há água suficiente para abastecer a população, isto é, quando não existe água suficiente para satisfazer as necessidades de cada um.

Para combater esse problema crescente, os países estão recorrendo a opções não convencionais de tratamento e dessalinização de águas residuais.

Nanotubo de carbono pode ser a próxima geração de purificação e dessalinização de águas residuais 2
Mapa de ‘estresse de água doce’, mostrando faixas de porcentagem de quanta água será retirada em relação à quantidade naturalmente disponível. (Imagem: Reprodução)

Com uma maior compreensão do problema em questão, pode-se observar mais de perto nas técnicas atuais de purificação de água. No momento, a prática mais comum de purificar a água salgada para produzir água doce é o uso de usinas de dessalinização. Essas plantas operam pela técnica de osmose reversa, que é mostrada na figura logo abaixo. Osmose é quando um líquido menos concentrado (como água doce) se move através de uma membrana em direção a um líquido mais concentrado (água contendo sal, neste caso). Este processo ocorre naturalmente sem a necessidade de aplicação de pressão externa. Para osmose reversa, queremos que aconteça exatamente o oposto, e ao contrário da osmose, que requer uma entrada de energia externa. Essas membranas de osmose reversa semipermeáveis ​​que separam os dois líquidos são geralmente feitas de materiais orgânicos comuns, com poros que variam de 0,3 a 0,6 nanômetros de diâmetro (como comparação, o diâmetro de uma moeda é de 18.008.600 nanômetros, enquanto o diâmetro de uma molécula de água é de apenas 0,1 nm).

Nanotubo de carbono pode ser a próxima geração de purificação e dessalinização de águas residuais 3
Diferenças entre osmose e osmose reversa. (Imagem: Emily Caudill)

Em 2013, havia mais de 17.000 usinas em todo o mundo fornecendo água dessalinizada para mais de 300 milhões de pessoas, muitas usando tecnologia de osmose reversa. Somente Israel, com sua massa de terra relativamente pequena, possui 4 estabelecimentos, com um quinto sendo construído, enquanto os EUA abrigam cerca de 250.

As usinas de dessalinização são eficazes, embora sejam caras em termos financeiros, energéticos e ambientais. Essas usinas exigem uma grande quantidade de entrada de energia diariamente, e a maioria das usinas de dessalinização funciona com fontes de energia não renováveis ​​(como combustíveis fósseis e energia nuclear). Com a falta da disponibilidade global de água doce, há necessidade de mais tecnologia de dessalinização ambientalmente sustentável e os CNTs podem ser a opção mais viável no futuro. Sua capacidade de dessalinização e interação de água sem atrito significa que eles requerem menos energia do que a osmose reversa para produzir a mesma quantidade de água doce.

No entanto, existem alguns obstáculos que devem ser superados antes de chegar a uma “usina de dessalinização CNT”. Por exemplo, será necessário desenvolver um método para síntese em larga escala de CNTs que garanta forma, tamanho e função consistentes. No entanto, é evidente que os métodos atuais de purificação de água não são suficientes e a motivação é forte para desenvolver o processo utilizando os Nanotubos de carbono (CNTs).

Com o aumento de recursos e tecnologias, o mundo está mais perto do que nunca de alcançar uma maneira mais nova, mais rápida, mais barata e melhor de fornecer água potável em escala global. A nanotecnologia tem se mostrado uma excelente alternativa aos métodos usados ​​anteriormente em energia e medicina, por exemplo, e pode-se estar perto de alcançar uma melhoria semelhante no caso da purificação de água.

Com informações, Genesis Nanotech.

Tags: água doceágua potávelDessalinização de águaDestaquenanotecnologiananotubos de carbono - CNTspurificação da águatratamento de águas residuais

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