Carvões ativados de alta performance para diferentes aplicações
Um carvão desenvolvido através da carbonização e ativação de polímero condutor a polianilina com propriedades obtidas a partir de sua preparação com diferentes dopantes como o p-toluenosulfonato com altíssima área superficial específica, permitiram obter diferentes propriedades e aplicações para o material resultando na patente de invenção Carvões ativados de polímeros condutores de alta performance para diferentes aplicações. Desenvolvida no Departamento de Engenharia Química da UFSCar pelos pesquisadores Rafael Linzmeyer Zornitta e Luís Augusto Martins Ruotolo, a tecnologia é fruto de uma pesquisa de doutorado que está sendo desenvolvida com o auxílio financeiro da FAPESP.
A patente se refere ao desenvolvimento de processos que utilizam carvões ativados para a remoção de sais e limpeza de poluentes orgânicos através da eletrossorção e adsorção, respectivamente reduzindo a quantidade destes componentes na água e retendo-os em sua superfície. Isso acontece porque, com a variação dos agentes dopantes no precursor, é possível obter carvões ativados com valores elevados de área superficial, condutividade e volumes de poros. O interessante é que, com o invento, essas propriedades podem ser moduladas de acordo com a aplicação desejada.
Embora imperceptível, o carvão ativado é um material presente em objetos que fazem parte do dia a dia das pessoas como o filtro das torneiras domésticas e sistemas de desodorização e possui diversas aplicações industriais. O Brasil já apresenta processos de adsorção para a remoção de moléculas orgânicas e sais para uso em tratamento de água e efluentes, além de armazenamento de energia. Entretanto, como a remoção acontece na superfície do material, é necessário, portanto, que este apresente uma elevada área superficial específica.
Assim, o diferencial desta tecnologia é justamente a eficiência na remoção de íons e compostos orgânicos devido à sua elevada área, que demanda uma pequena quantidade de material, possibilitando sua aplicação em muitas áreas, como tratamento de água, tratamento de efluentes industriais (para remoção de metais pesados e compostos orgânicos), para dessalinização de água (para obtenção de água potável) e até mesmo para aplicações em energia em dispositivos como supercapacitores e baterias, os quais são cada vez mais objeto de pesquisa e desenvolvimento devido à necessidade de sua utilização em carros elétricos que demandam um material com grande capacidade de armazenamento de energia.
A ideia da patente surgiu quando Luís Ruotolo trouxe dos Estados Unidos, em 2013, uma técnica denominada deionização capacitiva, que corresponde a aplicação de carvões ativados para dessalinização da água, liderando o primeiro grupo nacional nesta área para a obtenção de água potável. Durante o doutorado de Rafael, os pesquisadores investigaram diferentes propriedades que permitiram desenvolver um material barato, com elevada condutividade e alta eficiência energética e para a remoção de grande quantidade de íons. Começamos a perceber que os materiais comerciais possuem baixas áreas superficiais e rendimento quando comparados com materiais mais caros. Ao testar as propriedades específicas do carvão ativado que desenvolvemos, nós conseguimos melhorar sua atividade eletroquímica, explicou Rafael Zornitta.
Levando cerca de quatro anos para ser desenvolvida, essas aplicações apresentam particularidades com uma característica central que é a capacidade de armazenar, adsorver e reter moléculas, íons ou compostos poluentes em sua superfície. Assim, quando se deseja fazer um tratamento de água ou de resíduos industriais é possível a remoção de íons e moléculas, o que permite em muitos casos o reuso da água. No caso da aplicação para dessalinização ou abrandamento, a tecnologia permite a remoção de sódio, cálcio, magnésio e ferro que conferem sabor à água, tornando-a assim potável e própria para o consumo humano, de animais e para aplicações industriais. No caso da água utilizada em caldeiras, por exemplo, há risco dos minerais (cálcio, magnésio e ferro) se depositarem na tubulação, obstruindo a passagem de água, causando riscos de explosões devido às elevadas pressões em que operam esses equipamentos, daí a importância do abrandamento. Além desse tipo de aplicação, segundo Zornitta, o material também atinge a área médica em virtude de equipamentos que são utilizados em pacientes com problemas na filtragem de sangue (doença renal), tendo aplicação em hemodiálise e em casos e envenenamento alimentar, por exemplo: a primeira medida utilizada após envenenamento por ingestão oral é a ingestão de cápsulas de carvão ativado que, ao chegarem no estômago, adsorvem os compostos tóxicos. Neste cenário é possível notar que o material desenvolvido em nosso grupo tem uma vasta gama de aplicações, ressaltou.
De acordo com Zornitta, o objetivo dos diferentes tipos de carvões ativado é permitir a seleção das propriedades de acordo com a aplicação desejada, visto que as diferentes formas de preparação do precursor podem resultar em um carvão ativado com maior ou menor condutividade, e maior ou menor área para adsorção. Nós buscamos oferecer para o mercado consumidor de carvão ativado um material com propriedades específicas, tais como elevada área superficial e condutividade com características passíveis de controle. Tudo isso otimiza sua aplicação com um custo relativamente menor do que os existentes no mercado. Esta é, aliás, uma das principais vantagens da tecnologia: custo de produção mais acessível com matéria-prima relativamente barata quando comparado com materiais semelhantes do mercado. Considerando a diversidade de produtos, quando comparamos eficiência e características de alta performance, nós acreditamos que o preço de nosso carvão ativado é bastante competitivo, declarou Luis Ruotolo.
A patente, que ainda não está disponível no mercado, aguarda o interesse comercial de empresas que atuam na produção de adsorventes, supercapacitores, baterias, catalisadores e eletrodos para deionização capacitiva, ou, ainda, para a utilização em produtos, como filtros de purificação de água e filtros para água salobra. Segundo Ruotolo, a patente é destinada às indústrias que atuam nas áreas de tratamento de água e efluentes, farmacêuticas, supercapacitores e catalisadores. Independente disso, com os resultados da patente, os pesquisadores planejam desenvolver novos processos que possam vir a permitir a dessalinização da água do mar tornando-a potável de maneira mais barata do que os processos convencionais que demandam grandes quantidades de energia.