Imagine milhões de esponjas ensaboadas do tamanho de células humanas que podem limpar a águaabsorvendo contaminantes. Este modelo simplista éusado para descrever a tecnologia que os engenheiros químicos do MIT desenvolveram recentemente para remover micropoluentes da águaosum problema mundial preocupante.

Patrick S. Doyle, o professor de engenharia química Robert T. Haslam, o estudante de doutorado Devashish Pratap Gokhale e o estudante Ian Chen publicaram recentemente suas pesquisas sobre remoção de micropoluentes na revista ACS Applied Polymer Materials. O trabalho éfinanciado pelo Laborata³rio de Sistemas de agua e Alimentos Abdul Latif Jameel do MIT (J-WAFS).

Apesar de suas baixas concentrações (cerca de 0,01-100 microgramas por litro), os micropoluentes podem ser perigosos para o ecossistema e para a saúde humana. Eles vão de uma variedade de fontes e foram detectados em quase todos os corpos d'a¡gua, diz Gokhale. Produtos farmacaªuticos que passam por pessoas e animais, por exemplo, podem acabar como micropoluentes no abastecimento de a¡gua. Outros, como o desregulador enda³crino bisfenol A (BPA), podem ser lixiviados dos pla¡sticos durante a fabricação industrial. Pesticidas, corantes, produtos petroquímicos e substâncias per e polifluoroalquil, mais comumente conhecidas como PFAS, também são exemplos de micropoluentes, assim como alguns metais pesados ​​como chumbo e arsaªnico. Estes são apenas alguns dos tipos de micropoluentes, todos os quais podem ser ta³xicos para humanos e animais ao longo do tempo, potencialmente causando ca¢ncer, danos a órgãos, defeitos de desenvolvimento,

Os micropoluentes são numerosos, mas como sua massa coletiva épequena, eles são difa­ceis de remover da a¡gua. Atualmente, a prática mais comum para remoção de micropoluentes da águaéa adsorção de carva£o ativado. Nesse processo, a águapassa por um filtro de carva£o, removendo apenas 30% dos micropoluentes. O carva£o ativado requer altas temperaturas para produzir e regenerar, exigindo equipamentos especializados e consumindo grandes quantidades de energia. A osmose reversa também pode ser usada para remover micropoluentes da a¡gua; no entanto, “não leva a uma boa eliminação dessa classe de molanãculas, tanto por sua concentração quanto por sua estrutura molecular”, explica Doyle.

Ao conceber sua solução para remover micropoluentes da a¡gua, os pesquisadores do MIT se inspiraram em um produto comum de limpeza doméstica oso saba£o. O saba£o limpa tudo, desde nossas ma£os e corpos atépratos sujos e roupas, então talvez a química do saba£o também possa ser aplicada a  águadesinfetante. O saba£o tem moléculas chamadas surfactantes que tem componentes hidrofa³bicos (que odeiam a a¡gua) e hidrofa­licos (que adoram a a¡gua). Quando a águaentra em contato com o saba£o, as partes hidrofa³bicas do surfactante se unem, formando estruturas esfanãricas chamadas micelas com as partes hidrofa³bicas das moléculas no interior. Os núcleos de micelas hidrofa³bicas prendem e ajudam a remover substâncias oleosas como sujeira. 

O laboratório de Doyle sintetizoupartículas de hidrogel carregadas de micelas para essencialmente limpar a a¡gua. Gokhale explica que eles usaram microflua­dica que “envolve fluidos de processamento em escalas muito pequenas, semelhantes a ma­crons” para gerarpartículas de hidrogel polimanãrico uniformes de forma conta­nua e reproduza­vel. Esses hidroganãis, porosos e absorventes, incorporam um surfactante, um fotoiniciador (molanãcula que cria espanãcies reativas) e um agente de reticulação conhecido como PEGDA. O surfactante se monta em micelas que são quimicamente ligadas ao hidrogel usando luz ultravioleta. Quando a águaflui atravanãs desse sistema de microparta­culas, os micropoluentes se prendem a s micelas e se separam da a¡gua. A interação física usada no sistema éforte o suficiente para extrair micropoluentes da a¡gua, mas fraco o suficiente para que aspartículas de hidrogel possam ser separadas dos micropoluentes, reestabilizadas e reutilizadas. Testes de laboratório mostram que a velocidade e a extensão da remoção de poluentes aumentam quando a quantidade de surfactante incorporado nos hidroganãis éaumentada.

“Mostramos que em termos de taxa de retirada, que éo que realmente importa quando vocêamplia isso para uso industrial, que com nosso formato inicial, já podemos superar o carva£o ativado”, diz Doyle. “Na verdade, podemos regenerar essaspartículas com muita facilidade a  temperatura ambiente. Quase 10 ciclos de regeneração com alteração ma­nima no desempenho”, acrescenta.

A regeneração daspartículas ocorre embebendo as micelas em 90% de etanol, por meio do qual “todos os poluentes simplesmente saem daspartículas e voltam para o etanol”, diz Gokhale. O etanol ébiosseguro em baixas concentrações, barato e combusta­vel, permitindo um descarte seguro e economicamente via¡vel. A reciclagem daspartículas de hidrogel torna esta tecnologia sustenta¡vel, o que éuma grande vantagem sobre o carva£o ativado. Os hidroganãis também podem ser ajustados para qualquer micropoluente hidrofa³bico, tornando este sistema uma abordagem nova e flexa­vel para a purificação de a¡gua.

A equipe experimentou em laboratório usando 2-naftol, um micropoluente que éum poluente orga¢nico preocupante e conhecido por ser difa­cil de remover usando manãtodos convencionais de filtragem de a¡gua. Eles esperam continuar testando com amostras reais de a¡gua. 

“Neste momento, colocamos um micropoluente na águapura do laboratório. Gostara­amos de obter amostras de águado ambiente natural, que possamos estudar e observar experimentalmente”, diz Doyle. 

Ao usar microflua­dica para aumentar a produção departículas, Doyle e seu laboratório planejam fazer filtros em escala doméstica. Eles então antecipam a expansão para o tratamento de águamunicipal ou atémesmo para o tratamento de a¡guas residuais industriais.

O laboratório recentemente registrou um pedido de patente internacional para sua tecnologia de hidrogel que usa micelas imobilizadas. Eles planejam continuar este trabalho experimentando diferentes tipos de hidroganãis para a remoção de contaminantes de metais pesados ​​como chumbo da a¡gua. 

Financiada por uma doação semente J-WAFS de 2019 que estãoem andamento, esta pesquisa tem o potencial de melhorar a velocidade, precisão, eficiência e sustentabilidade ambiental dos sistemas de purificação de águaem todo o mundo. 

“Sempre quis fazer um trabalho que tivesse impacto social e também sempre me interessei por a¡gua, porque acho muito legal”, diz Gokhale. Ele observa, “érealmente interessante como a águase encaixa em diferentes tipos de campos … temos que considerar as culturas dos povos, como vamos usar isso e, em seguida, apenas a equidade desses processos ha­dricos”. Originalmente da andia, Gokhale diz ter visto lugares que quase não tem águae outros que tem inundações ano após ano. “Ha¡ muito trabalho interessante a ser feito, e acho que éo trabalho nessa área que realmente impactara¡ a vida de muitas pessoas nos pra³ximos anos”, diz Gokhale.

Doyle acrescenta: “a águaéa coisa mais importante, talvez para as próximas décadas, por isso émuito gratificante trabalhar em algo que étão importante para o mundo inteiro”.