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28/06/2021

Cientistas da Universidade Rice, nos EUA, criaram um material esponjoso com alta capacidade de absorção que poderia ser usado na fabricação de membranas de isolamento em baterias com grande valor energético ou como removedores de poluentes ambientais.

Os aerogéis absorventes possuem estruturas orgânicas covalentes (COFs), sistemas cristalinos com fortes ligações moleculares capazes de formar um material poroso de alta densidade, que pode ser feito em qualquer forma ou tamanho.

Como as estruturas orgânicas covalentes geralmente têm a consistência de pó, os pesquisadores utilizaram monômeros de COF, solventes e catalisadores para criar o novo material. Ao misturar e aquecer os monômeros a 80º C, eles se transformam em um gel uniforme. Depois que o solvente é removido por meio de um processo de lavagem e secagem, resta o aerogel com poros entre 20 e 10 mícrons.

"Estávamos procurando maneiras de tornar os COFs mais fáceis de trabalhar, mais parecidos com polímeros, e descobrimos que, em condições de reação específicas, eles formariam um gel. Eles são como blocos de Lego e você pode escolher as formas, tamanhos e características moleculares que gostaria de incluir no material final”, explica o engenheiro químico e biomolecular Rafael Verduzco, principal autor do estudo.

No laboratório
Durante os testes, os pesquisadores descobriram que os aerogéis possuem propriedades químicas e físicas muito superiores para absorver substâncias como corantes, óleos e nanopartículas de ouro, do que as estruturas orgânicas covalentes em forma de pó. Em um experimento com vapor de iodo, o novo material absorveu 7,7 gramas de iodo por grama de aerogel.

Os cientistas também observaram que os aerogéis podem ser lavados e reutilizados por pelo menos 10 vezes antes de começar a deformar. “Eles são muito macios e absorventes como uma esponja, mas você pode esmagá-los com a mão e eles voltam ao estado normal”, afirma o engenheiro.

Aplicações para o futuro
Um aerogel com capacidade superior de absorção pode ser usado pela indústria durante o processo de fabricação de membranas especiais para separar componentes como ânodos e cátodos em baterias avançadas, com um potencial muito maior para armazenamento de energia.

Para os pesquisadores, esse material também poderia ser utilizado para imitar a função de membranas biológicas, o que levaria a um controle maior sobre o tamanho e o formato dos poros. Essas características são fundamentais para o desenvolvimento de dispositivos que podem auxiliar na remediação de desastres ambientais.

"Membranas biológicas separam íons do mesmo tamanho e carga por meio de pequenas mudanças na funcionalidade dos poros que preferencialmente ligam um íon ou outro. Acho que podemos começar a fazer materiais sintéticos com propriedades semelhantes e altamente eficientes em um futuro próximo", completa Verduzco.

Fonte: Rice University