Materiais Avançados

Água é manipulada e limpa apenas com luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/04/2017

Tudo funciona a temperatura ambiente e usando materiais de baixo custo.

[Imagem: Jose-Luis Olivares/MIT]

Separação de emulsão

Uma técnica simples, baseada no ingrediente comumente usados nos protetores solares, permite controlar a forma como a água se move sobre uma superfície usando apenas luz visível.

Isso abre as portas para diversos tipos de tecnologia, da separação da água e do petróleo nas plataformas de perfuração e válvulas que podem ser reprogramadas na hora, nas indústrias químicas e refinarias, até dispositivos microfluídicos, como os biochips de diagnóstico médico, cujos canais e válvulas poderão ser controlados com precisão e sem hardwares adicionais para diferentes tipos de exames.

Separar uma emulsão - óleo misturado em água, por exemplo - é tão mais difícil quanto mais os líquidos estiverem misturados - quanto mais finas forem as gotículas de cada um deles. Algumas vezes se utilizam técnicas eletrostáticas, mas elas consomem muita energia e não funcionam quando a água é altamente salina, como é frequentemente o caso envolvendo a indústria petrolífera.

Por isso, Gibum Kwon, do MIT, decidiu pesquisar o uso de superfícies fotorresponsivas, ou seja, cujas reações à água podem ser alteradas pela exposição à luz.

Ao criar superfícies cujas interações com a água - uma propriedade conhecida como molhabilidade - podem ser ativadas pela luz, Kwon e seus colegas descobriram que é possível separar diretamente a emulsão óleo-água fazendo com que gotículas individuais coalesçam e se espalhem pela superfície - quanto mais as gotas de água se fundem, mais elas se separam do óleo.

Materiais fotorresponsivos

Materiais fotorresponsivos têm sido amplamente estudados e utilizados. Um exemplo é o ingrediente ativo na maioria dos filtros solares, o dióxido de titânio, também conhecido como titânia. Mas a maioria destes materiais, incluindo a titânia, responde principalmente à luz ultravioleta, e dificilmente à luz visível. E apenas cerca de 5% da luz solar está na faixa ultravioleta.

Então os pesquisadores desenvolveram uma maneira de tratar a superfície de titânia para torná-la sensível à luz visível. Eles fizeram isso usando primeiro uma técnica de deposição camada por camada para construir uma película de partículas de titânia ligadas a um polímero, tudo sobre uma camada de vidro. Em seguida, eles recobriram o material com um corante orgânico simples por imersão, o mesmo tipo de corante usado nas células solares orgânicas.

A superfície resultante mostrou ser altamente responsiva à luz visível, produzindo uma mudança na molhabilidade quando exposta à luz solar que é muito maior do que a da própria titânia. Quando ativado pela luz solar, o material torna-se muito efetivo em "desmulsificar" a mistura óleo-água - fazer com que a água e o óleo se separem um do outro.

"Nós fomos inspirados pelo trabalho em fotovoltaica, onde a sensibilização por corante foi usada para melhorar a eficiência da absorção da radiação solar," disse o professor Kripa Varansi. "O acoplamento do corante às partículas de óxido de titânio permite a geração de portadores de carga sob iluminação, o que cria uma diferença de potencial elétrico entre a superfície e o líquido e leva a uma alteração nas propriedades molhantes."

A emulsão água-óleo é quebrada em poucos minutos.

[Imagem: Gibum Kwon et al. - 10.1038/ncomms14968]

Autolimpante

Como o efeito fotorresponsivo é baseado no revestimento de corante, ele pode ser precisamente ajustado escolhendo entre os milhares de corantes orgânicos disponíveis. De acordo com a equipe, todos os materiais envolvidos no processo são disponíveis comercialmente e de baixo custo.

E a molhabilidade controlável do material tem outro benefício: a superfície se torna autolimpante. Quando o material é forçado a passar de atrator de água (hidrófilo) para repelente de água (hidrofóbico), toda a água na superfície é expulsa, levando com ela quaisquer contaminantes que possam ter-se acumulado.

Bibliografia:



Artigo: Visible light guided manipulation of liquid wettability on photoresponsive surfaces

Autores: Gibum Kwon, Divya Panchanathan, Seyed Reza Mahmoudi, Mohammed A. Gondal, Gareth H. McKinley, Kripa K. Varanasi

Revista: Nature Communications

Vol.: 8, Article number: 14968

DOI: 10.1038/ncomms14968



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