O projeto foi conduzido por Youngkun Chung, um pós-doutorando sob a orientação de Michael S. Wong, professor na Escola de Engenharia e Computação George R. Brown da Rice. A iniciativa também contou com a participação de Seoktae Kang, professor no Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST), e Keon-Ham Kim, professor na Universidade Pukyung Nacional na Coreia do Sul.

O que são PFAS e por que são um Problema

Os PFAS, ou substâncias per- e polifluoroalquiladas, são produtos químicos sintéticos que existem desde a década de 1940. Eles foram usados em diversos produtos do dia a dia, como panelas Teflon, roupas impermeáveis e algumas embalagens de alimentos. Esses compostos se tornaram populares devido à sua resistência ao calor, gordura e água, mas essa mesma durabilidade significa que eles se decompõem muito lentamente, motivo pelo qual são frequentemente chamados de “químicos para sempre.”

Atualmente, os PFAS estão amplamente disseminados e podem ser encontrados na água, solo e ar em diversas partes do mundo. Estudos associaram a exposição a eles a danos no fígado, distúrbios reprodutivos, interrupções no sistema imunológico e alguns tipos de câncer. A remoção deles é complexa, pois, uma vez que os PFAS entram no meio ambiente, são difíceis de eliminar e ainda mais complicados de destruir.

Por que os Métodos Atuais de Remoção de PFAS São Insuficientes

V muitos métodos convencionais dependem da adsorção, onde os produtos químicos se fixam em materiais como carvão ativado ou resinas de troca iônica. Essas abordagens são comuns, mas apresentam limitações significativas, incluindo baixa eficiência, operação lenta, capacidade limitada e a geração de resíduos contaminados adicionais que ainda devem ser geridos.

“Os métodos atuais de remoção de PFAS são muito lentos, ineficientes e geram resíduos secundários,” afirmou Wong, professor de Nanotecnologia Molecular e de engenharia química e biomolecular, química e engenharia civil e ambiental. “Nosso novo enfoque oferece uma alternativa sustentável e extremamente eficaz.”

A Inovadora Material LDH que Funciona Rápido

A nova abordagem é baseada em um material de hidróxido duplo lamelar (LDH) composto de cobre e alumínio. Kim identificou esse tipo de material pela primeira vez enquanto era estudante de pós-graduação no KAIST em 2021. Enquanto a equipe explorava mais a fundo esses compostos, Chung descobriu que uma versão específica contendo nitrato poderia adsorver PFAS com desempenho extraordinariamente alto.

“Para minha surpresa, esse composto de LDH capturou PFAS mais de 1.000 vezes melhor que outros materiais,” disse Chung, principal autor do estudo e agora membro do Instituto WaTER (Tecnologias de Água, Empreendedorismo e Pesquisa) e do Instituto de Sustentabilidade da Rice. “Além disso, funcionou de maneira incrivelmente rápida, removendo grandes quantidades de PFAS em minutos, cerca de 100 vezes mais rápido que filtros de carbono comerciais.”

Os pesquisadores afirmam que os resultados impressionantes derivam do design interno do material. Suas camadas ordenadas de cobre e alumínio, junto com pequenas desbalanceações de carga, criam uma superfície altamente favorável onde as moléculas de PFAS podem se fixar rápida e firmemente.

Testado em Água de Rio, Água Potável e Águas Residuais

Para verificar como o sistema poderia funcionar fora do laboratório, a equipe testou o material LDH em água de rio, água potável e águas residuais. Em todos os três casos, sua eficácia se manteve alta. Ele também se destacou em testes estáticos e em configurações de fluxo contínuo, sugerindo possíveis aplicações em sistemas de tratamento de água municipais e limpeza industrial.

Fechando o Ciclo com Destruição e Reutilização de PFAS

Capturar PFAS é apenas metade da batalha, já que os produtos químicos ainda precisam ser destruídos de maneira segura. Trabalhando com os professores da Rice, Pedro Alvarez e James Tour, Chung desenvolveu um processo para decompor termicamente os PFAS após serem capturados pelo material LDH. Quando o material carregado de PFAS foi aquecido com carbonato de cálcio, os pesquisadores conseguiram remover mais da metade dos PFAS retidos sem liberar subprodutos tóxicos. Esse mesmo passo também regenerou o LDH, possibilitando a reutilização do material.

Testes iniciais mostraram que o material poderia passar por pelo menos seis ciclos completos de captura, destruição e renovação. Isso faz dele o primeiro sistema conhecido que é ecológico e sustentável para a remoção de PFAS, combinando limpeza rápida com reutilização contínua.

Colaboração Internacional e Apoio à Pesquisa

“Estamos entusiasmados com o potencial dessa tecnologia única baseada em LDH para transformar a maneira como fontes de água contaminadas por PFAS são tratadas em um futuro próximo,” disse Wong. “É o resultado de uma colaboração internacional extraordinária e da criatividade de jovens pesquisadores.”

Uma lista de todos os pesquisadores envolvidos neste estudo e suas afiliações institucionais pode ser encontrada aqui. Esta pesquisa foi apoiada pelo Programa de Pesquisa em Ciência básica através da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia, financiada pelo Ministério da Educação (2021R1A6A3A14044449, RS-2023-00242795), por meio de concessões da Pesquisa de Convergência Nacional de Desafios Científicos e da Bolsa de Ciência Sejong através da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia, além de financiamento do Ministério da Ciência (NRF-2022M3C1C8094245) e das Comunicações e Tecnologia da Informação (RS-2024-00395438). Este trabalho também foi financiado pela Saudi Aramco-KAIST Gestão de CO2, Centro de Pesquisa em Engenharia de Nanosistemas para Tratamento de Água Habilitado para Nanotecnologia (NEWT), pela concessão do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Engenharia do Corpo de Engenheiros do Exército dos Estados Unidos (W912HZ-21-2-0050), pelo Instituto de Sustentabilidade e pelo Instituto WaTER da Rice.