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O laboratório Zimmerman desenvolveu esferas de quitosana impregnadas com dióxido de titânio e óxido de alumínio. Essas contas são usadas para remover metais tóxicos pesados, como arsênico e selênio, da água. Crédito: Harold Shapiro
Ao transformar a quitosana em esferas e impregná-las com nanopartículas de dióxido de titânio e óxido de alumínio, os cientistas desenvolveram uma técnica que remove o arsenito e o arseniato com a mesma eficácia que os nanopós, mas sem os requisitos de filtração pós-tratamento.
O arsénico inorgânico, que pode contaminar o abastecimento de água através do escoamento dos processos de produção industrial e de mineração, é conhecido por causar cancro e morte em seres humanos, bem como perturbar os ecossistemas biológicos. Várias abordagens têm sido utilizadas para remover o arsénico da água em laboratório, mas a maioria provou ser inadequada para utilização em larga escala e especialmente para implementações sustentáveis. Agora, pesquisadores da Universidade de Yale desenvolveram uma nova abordagem que pode remover o arsênico da água com alta eficácia e tem potencial para ser implementada de forma sustentável.
Os pesquisadores já usaram óxido de alumínio e dióxido de titânio na forma de nanopó para remover duas formas de arsênico, arsenito e arseniato, da água. Mas, diz Julie Zimmerman, Professora Associada de Engenharia Química e Ambiental e Estudos Florestais e Ambientais, “O uso de nanopós requer filtração pós-tratamento, que pode consumir muita energia”.
Para resolver essa limitação, Zimmerman e seus colegas desenvolveram um sistema usando quitosana, um biopolímero derivado de exoesqueletos de mariscos. A quitosana é um resíduo abundante e prontamente disponível; ao transformá-lo em esferas e impregná-las com nanopartículas de dióxido de titânio e óxido de alumínio, os pesquisadores desenvolveram uma técnica sustentável que remove tanto o arsenito quanto o arseniato com a mesma eficácia dos nanopós, mas sem os requisitos de filtração pós-tratamento. Além disso, ao usar dióxido de titânio e óxido de alumínio em combinação, são realizadas sinergias significativas.
“Quando o dióxido de titânio é exposto à luz ultravioleta gera radicais hidroxila”, explica Zimmerman. Estes são oxidantes muito eficazes que reagem com o arsenito, o mais tóxico dos dois tipos de arsénico, para transformá-lo em arseniato. O arseniato então é absorvido pelo óxido de alumínio, removendo-o efetivamente da água potável.
“Uma das coisas que tentamos fazer de forma ampla é projetar sistemas para que tenham inerentemente características desejáveis, em vez de precisarmos controlar continuamente as circunstâncias”, diz Zimmerman. “Por exemplo, as esferas de quitosana são separadas por densidade, por isso não precisamos adicionar nenhuma energia ou materiais adicionais para separar a água potável purificada do sorvente carregado de arsênico.” As esferas podem então ser regeneradas lavando-as com uma solução ligeiramente básica para remover o arsénico absorvido e reutilizadas sem qualquer diminuição perceptível no desempenho durante pelo menos cinco ciclos.
Além da remoção de arsênico, Zimmerman observa que a técnica das esferas de quitosana tem outras aplicações potenciais no tratamento de abastecimento de água.
“Existem muitos outros problemas de contaminação metálica em sistemas aquosos que são apropriados para este tipo de sistema, tornando-o uma tecnologia de plataforma. Por exemplo, estamos a concluir um estudo sobre o selénio, o que é interessante uma vez que há uma actividade recente da Agência de Protecção Ambiental no estabelecimento de novos limites de critérios de qualidade da água”, explica ela. “Podemos dopar este sistema com nanopós ou outros sorventes potenciais que são especificamente direcionados aos contaminantes ou misturas de contaminantes em questão. Além disso, a própria quitosana demonstrou ser eficaz na remoção de certos contaminantes aquosos. Desta forma, a quitosana pode ser uma matriz de impregnação ativa e não passiva.”
Referência: “Remoção aprimorada de arsênico usando esferas de quitosana impregnadas com óxido metálico misto” por Jamila S. Yamani, Sarah M. Miller, Matthew L. Spaulding e Julie B. Zimmerman, 15 de junho de 2012, Pesquisa sobre Água.
DOI: 10.1016/j.waters.2012.06.004