Vidro ultraporoso filtra dióxido de carbono

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/02/2024

Os vidros obtidos são grandes em comparação com outras demonstrações experimentais, mas agora será necessário torná-los ainda maiores para aplicações práticas.
[Imagem: Oksana Smirnova et al. - 10.1038/s41563-023-01738-3]

Filtro de vidro

Ao alterar a estrutura de materiais extremamente porosos, chamados estruturas metal-orgânicas, cientistas alemães e austríacos descobriram como transformá-las em filtros moleculares, capaz de filtrar moléculas específicas, como o dióxido de carbono (CO₂).

Já se sabia que essa categoria de cerâmicas high-tech, conhecidas por MOF (sigla em inglês de estruturas metal-orgânicas), são capazes de respirar CO₂, mas Oksana Smirnova e seus colegas conseguiram mais.

Ao transformar uma estrutura metal-orgânica, que é cristalina, em vidro, que é amorfo, Smirnova conseguiu reduzir ainda mais o tamanho já diminuto dos poros do material, a ponto de torná-lo impermeável a certas moléculas de gás.

"Na verdade, estes materiais semelhantes ao vidro eram anteriormente considerados não porosos," explica o professor Alexander Knebel, da Universidade de Jena, na Alemanha. "O material de partida, ou seja, os compostos da estrutura cristalina, possuem poros muito claramente definidos e também uma grande área de superfície interna. Por isso, também são pesquisados como materiais para armazenamento ou separação de gases. No entanto, essa estrutura definida é perdida durante a fusão e a compressão. E tiramos proveito disso."

Mesmo que a estrutura geral do cristal desapareça durante a fusão, partes dele mantêm sua estrutura. "Em termos técnicos, isso significa: Durante a transição do cristal para o vidro, a ordem de longo alcance do material é perdida, mas a ordem de curto alcance é preservada," explicou Knebel.

O segredo do material vítreo está em seus poros, que podem ser fabricados de modo controlado para filtrar moléculas específicas.
[Imagem: Oksana Smirnova et al. - 10.1038/s41563-023-01738-3]

Controle dos poros

Os compostos MOF consistem em íons metálicos interligados por moléculas orgânicas rígidas, sendo que moléculas de gás podem se mover facilmente pelos espaços nessas grades tridimensionais. Durante o processamento para transformar o material em vidro, os pesquisadores também comprimem o material, o que permite reconstruir os poros nas dimensões desejadas, adequadas à molécula de gás que se deseja filtrar.

O tratamento permitiu obter diâmetros de poros de 0,27 a 0,32 nanômetro, com precisão de um centésimo de nanômetro. "Para ilustrar, isto é cerca de 10.000 vezes mais fino que um fio de cabelo humano e 100 vezes mais fino que uma dupla hélice de DNA. Com esse tamanho de poro, conseguimos separar, por exemplo, o dióxido de carbono do etano," explica Knebel. "Nossa inovação na área é provavelmente a alta qualidade dos vidros e o ajuste preciso dos canais dos poros. E nossos vidros também têm vários centímetros de tamanho."

O objetivo da equipe agora é desenvolver essas membranas de vidro para aplicações ambientais, criando produtos comerciais de alta durabilidade que possam separar o dióxido de carbono de outros gases, o que permitirá eventualmente armazená-lo ou reciclá-lo, evitando que o gás chegue à atmosfera.

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