Em uma versão anterior, um bijel tinha a forma de um cabelo. Na nova variedade, eles são colocados em um filme. Crédito: Universidade de Utrecht
Cientistas de nanomateriais da Universidade de Utrecht melhoraram um nanogel de tal forma que agora pode transportar moléculas individuais de um líquido para outro. “Ao aumentar a área de superfície entre dois líquidos, podemos aumentar a troca de produtos químicos. Essa técnica pode tornar os processos industriais mais eficientes em termos energéticos e abrir possibilidades para fazer melhores células solares.” O artigo dos pesquisadores foi publicado recentemente pela revista científica Advanced Materials.
Grande superfície
O físico-químico Martin Haase e seu grupo de pesquisa trabalham em técnicas para fazer os chamados bijels: emulsões de dois líquidos que não se misturam, como óleo e água, separados por uma camada ultrafina de nanopartículas que estabiliza a superfície entre os fluidos. “Em tais materiais semelhantes a gel, dois líquidos repelentes são entrelaçados”, explica Haase. “Na interface dos dois, as moléculas podem se mover de um líquido para o outro através da nanocamada.”
Os géis funcionam melhor se a interface entre os dois líquidos tiver uma grande superfície. Haase: “Nossos próprios corpos mostram bons exemplos de tais processos. Pense em nossos pulmões: eles inalam o ar, e o oxigênio do ar vai para o sangue. Ele é transportado dos canais de ar para os capilares sanguíneos. Em um bijel, as moléculas podem ser trocados de forma semelhante de um fluido para outro”.
Maneira mais suave de remover produtos químicos
Com a ajuda do Ph.D. pesquisadores Mohd Khan e Alessio Sprockel, Haase agora aprimorou a técnica para fazer esses bijels. Haase: “Descobri como fazer bijels em 2015. Mas tínhamos controle limitado sobre isso e nossas estruturas não eram tão bem definidas. Agora podemos controlar totalmente a síntese. Agora podemos fazer estruturas de canais menores e mais uniformes, ter fluxo de fluidos através dos canais e produtos químicos separados continuamente durante este fluxo.”
Para fazer um bijel, os cientistas do Laboratório Van ‘t Hoff de Química Física e Colóide da Universidade de Utrecht usam álcool e nanopartículas, pequenas esferas de vidro com um diâmetro de apenas 20 nanômetros. Haase: “Óleo e água não se misturam. No entanto, se você adicionar álcool, eles realmente se misturam bem. E se você remover o álcool dessa mistura, os dois líquidos formarão um arranjo entrelaçado de canais de líquido. Durante esse processo, as nanopartículas são captadas pela interface entre óleo e água. Uma vez lá, elas estabilizam os canais entrelaçados de óleo e água para formar o bijel.”
Uma etapa vital que precisa ser tomada antes que um bijel possa ser usado para separações industriais é coletar os produtos químicos separados. Haase: “Assim como o sangue flui pelos capilares do pulmão para coletar oxigênio, água e óleo devem fluir através do bijel para transportar os produtos químicos extraídos para dentro e para fora do nanogel. Mas como os canais no bijel são tão pequenos, uma bomba normal precisa empurrar muito forte. Isso custaria muita energia e pode, além disso, quebrar os bijels frágeis. Descobrimos que os líquidos podem ser bombeados através do bijel através de um processo chamado eletro-osmose, uma forma muito mais suave de transporte de líquidos.”
Nanomateriais para uma indústria sustentável
Segundo Haase, a invenção tem potencial para economizar energia em processos industriais que envolvem a separação de produtos químicos. “Para mim, uma motivação para trabalhar nessa área científica é tornar a indústria química mais sustentável. Muitos produtos que usamos no nosso dia a dia, como plásticos, gasolina ou produtos farmacêuticos, precisam ser purificados durante sua produção. muita energia porque as misturas precisam ser fervidas, um processo comumente conhecido como destilação. Essas separações de produtos químicos consomem até 15% do nosso uso mundial de energia. Portanto, precisamos encontrar alternativas que consumam menos energia e também emitam menos dióxido de carbono. Em um bijel, a separação de produtos químicos é possível sem ferver e, portanto, muita energia é economizada.”
Mas a alta área de superfície dentro do bijel também abre outros potenciais de aplicação. Haase: “Os bijels podem, por exemplo, fornecer oportunidades para desenvolver células solares mais eficientes e também membranas de separação que podem transformar a água do mar em água potável. nanogéis como materiais para tecnologias sustentáveis tornam-se possíveis.”
Publicado em 22/04/2022 08h45
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