Canos de íons feitos com nanotubos dessalinizam água do mar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/09/2010

Os nanotubos de carbono servem como canos que permitem que íons de sódio e cloro passem em fila indiana, um após o outro, o que pode trazer um novo nível de precisão para as reações químicas, tanto em sua observação quanto em sua realização.
[Imagem: Patrick Gillooly]

Cientistas do MIT observaram, pela primeira vez, íons individuais fluindo no interior de nanotubos de carbono com dimensões grandes o suficiente para servirem para aplicações práticas.

Esses nanocanais poderão ser usados para construir sistemas completamente novos de dessalinização de água, eventualmente revolucionando o uso da água do mar em locais com problemas de abastecimento.

Os canais iônicos também poderão ser usados como sensores ultrassensíveis, capazes de detectar átomos individuais ou para estudar reações químicas em nível molecular.

Íons de sódio e cloro

Os nanotubos de carbono são canos minúsculos, cuja parede é formada por uma única camada de átomos de carbono. Eles são como que folhas enroladas de grafeno.

Tidos como extremamente promissores, os nanotubos têm sido usados para a criação de baterias, transistores, sensores, células solares e uma variedade de materiais mais resistentes do que qualquer outro conhecido.

No novo experimento, a equipe do Dr. Michael Strano verificou que íons de cloro e sódio, que se formam quando o sal é dissolvido em água, fluem rapidamente através dos nanotubos de carbono.

Mais do que isso, sob determinadas condições, eles atravessam o nanocanal em fila indiana, um após o outro, o que pode trazer um novo nível de precisão para as reações químicas, tanto em sua observação quanto em sua realização.

Do nano ao macro

O experimento permite a passagem das moléculas ao longo de grandes distâncias - de até meio milímetro. "De uma perspectiva molecular, essa é uma distância excepcionalmente longa," disse o Dr. Shekhar Garde, que não participou da pesquisa, ao comentar o artigo publicado na revista Science.

"Essa ponte entre o mundo nano e o mundo macro pode abrir novas oportunidades para explorar os fenômenos em nanoescala para aplicações do dia-a-dia, da purificação da água a redes nanofluídicas, sensores e células a combustível," disse Garde.

Atualmente, o nanocanal mais estudado é feito com nanoporos de silício, construído perfurando-se uma película de silício, normalmente usando um feixe de elétrons.

O inconveniente é que o nanocanal de silício só tem a extensão da espessura da película, sendo útil apenas para detectar moléculas maiores, como DNA ou polímeros. Qualquer coisa menor passa rápido demais, sem tempo suficiente para ser detectado. Em comparação, o nanotubo de carbono é 20.000 vezes mais extenso.

Os nanotubos foram crescidos de forma a atravessar uma placa de um centímetro quadrado, que é usada para conectar dois reservatórios de água.
[Imagem: Lee et al./Science]

Membrana para dessalinização de água

Os nanotubos foram crescidos de forma a atravessar uma placa de um centímetro quadrado, que é usada para conectar dois reservatórios de água. Cada reservatório tem um eletrodo, um positivo e outro negativo.

Como a eletricidade só pode fluir se os prótons - íons positivos de hidrogênio - puderem viajar de um eletrodo até o outro, os pesquisadores podem determinar facilmente se os íons estão viajando através dos nanotubos.

Os íons de sódio são muito maiores dos que os prótons, por isso eles levam mais tempo para atravessar o nanocanal. Ao atravessar, eles bloqueiam a passagem dos prótons, levando a uma breve interrupção na corrente elétrica, conhecida como efeito de Coulter.

Os pesquisadores acreditam que seus canais de nanotubos só permitem a passagem de íons positivos porque as extremidades dos nanotubos contêm cargas negativas, que atraem os íons positivos.

Agora eles planejam construir nanocanais que atraiam íons negativos adicionando cargas negativas aos nanotubos.

Assim que eles tiverem os dois tipos de canais poderão fabricar uma membrana capaz de fazer a dessalinização da água. As técnicas de dessalinização atuais - destilação e osmose reversa - são caras e consomem muita energia.

Os pesquisadores esperam que sua membrana de nanotubos de carbono, permitindo que os íons de sódio e cloro - que são carregados negativamente - fluam da água do mar tornem-se um método muito barato de dessalinizar a água.

A mesma equipe recentemente descobriu uma nova forma de produzir eletricidade explorando ondas de energia que são criadas ao longo dos nanotubos de carbono .

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