Fluoroquímicos são um grupo de produtos químicos que têm uma ampla gama de aplicações importantes – incluindo polímeros, agroquímicos, produtos farmacêuticos e baterias de íon-lítio em smartphones e carros elétricos – com um mercado global de US$ 21,4 bilhões em 2018 . Atualmente, todos os fluoroquímicos são gerados a partir do gás tóxico e corrosivo fluoreto de hidrogênio (HF) em um processo altamente intensivo em energia. Apesar dos rigorosos regulamentos de segurança, os derramamentos de HF ocorreram inúmeras vezes nas últimas décadas, às vezes com acidentes fatais e efeitos ambientais prejudiciais.

Para desenvolver uma abordagem mais segura, uma equipe de químicos da Universidade de Oxford, juntamente com colegas da FluoRok, da University College London e da Colorado State University, inspiraram-se no processo natural de biomineralização que forma dentes e ossos. Normalmente, o próprio HF é produzido pela reação de um mineral cristalino chamado espatoflúor (CaF2) com ácido sulfúrico em condições adversas, antes de ser usado para produzir produtos químicos fluorados. No novo método, os fluoroquímicos são feitos diretamente do CaF2, ignorando completamente a produção de HF: uma conquista que os químicos buscam há décadas.

No novo método, o CaF2 em estado sólido é ativado por um processo inspirado na biomineralização, que imita a forma como os minerais de fosfato de cálcio se formam biologicamente nos dentes e ossos. A equipe moeu CaF2 com sal de fosfato de potássio em pó em um moinho de bolas por várias horas, usando um processo mecanoquímico que evoluiu da maneira tradicional de moer especiarias com pilão e almofariz.

O produto em pó resultante, chamado Fluoromix , permitiu a síntese de mais de 50 diferentes fluoroquímicos diretamente do CaF2, com até 98% de rendimento. O método desenvolvido tem o potencial de simplificar a atual cadeia de abastecimento e diminuir os requisitos de energia, ajudando a atingir futuras metas de sustentabilidade e reduzir a pegada de carbono da indústria.

Além disso, o processo de estado sólido desenvolvido foi tão eficaz com espatoflúor de grau ácido (> 97%, CaF2) quanto com CaF2 de grau de reagente sintético. O processo representa uma mudança de paradigma para a fabricação de produtos químicos fluorados em todo o mundo e levou à criação da FluoRok, uma empresa spin-out fundada em 2022 que se baseia em décadas de pesquisa nos laboratórios da principal autora Professora Véronique Gouverneur FRS, do Departamento de Química da Universidade de Oxford . A tecnologia proprietária da FluoRok emprega diretamente resíduos fluorados ou mineral fluorita natural como fonte, para acessar compostos de alto valor que são essenciais para a transição energética mundial, nosso suprimento global de alimentos e nossa saúde.

O professor Gouverneur disse: 'O uso direto de CaF2 para fluoração é um santo graal no campo, e uma solução para esse problema tem sido buscada há décadas. A transição para métodos sustentáveis ??de fabricação de produtos químicos, com impacto reduzido ou inexistente no meio ambiente, é hoje uma meta de alta prioridade que pode ser acelerada com programas ambiciosos e um repensar total dos processos de fabricação atuais. Este estudo representa um passo importante nessa direção porque o método desenvolvido em Oxford tem potencial para ser implementado em qualquer lugar na academia e na indústria, minimizar as emissões de carbono, por exemplo, encurtando as cadeias de abastecimento e oferecer maior confiabilidade à luz da fragilidade das cadeias de abastecimento globais.'

Calum Patel, um estudante de DPhil no Departamento de Química e um dos principais autores do estudo, acrescentou: 'A ativação mecanoquímica de CaF 2  com um sal de fosfato foi uma invenção empolgante porque esse processo aparentemente simples representa uma solução altamente eficaz para um problema complexo; no entanto, grandes questões sobre como essa reação funcionou permaneceram. A colaboração foi fundamental para responder a essas perguntas e avançar nossa compreensão dessa nova e inexplorada área da química do flúor. Soluções bem-sucedidas para grandes desafios vêm de abordagens e conhecimentos multidisciplinares, acho que o trabalho realmente capta a importância disso.'

O estudo 'Fluorochemicals from fluorita via a phospho-enabled mechanochemical process that bypasses HF' foi publicado na Science .