Leitura rápida

Novo modelo otimiza o projeto de membranas catalíticas para purificação da água
11 de agosto de 2025, 11:01

Fonte

Alexandra Becker, Universidade Rice

Publicação Original

Universidade Rice

Áreas

Cidades, Desigualdade Socioambiental, Engenharia Ambiental, Qualidade da Água, Química Verde, Saneamento

Compartilhar

Resumo

Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Menachem Elimelech, professor da Universidade Rice, e pelo Dr. Yanghua Duan, ex-pesquisador da Universidade Rice e atualmente professor da Universidade do Estado do Colorado, nos EUA, deu um passo importante para resolver uma das maiores questões da purificação de água: como melhorar o projeto de membranas catalíticas que filtrem e transformem contaminantes simultaneamente em uma única etapa?

“Até agora, a maior parte do progresso em membranas de nanofiltração reativas tem sido empírica. Faltava uma estrutura sólida para entender e otimizar como essas membranas realmente funcionam”, disse o Dr.Elimelech, professor de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade Rice.

As membranas de nanofiltração reativas oferecem uma promessa poderosa: a capacidade de remover sais, metais pesados e pequenos poluentes orgânicos persistentes de uma só vez. Mas é difícil prever o desempenho e dimensionar as membranas devido à complexa interação entre reações químicas e transporte de massa.

Para lidar com essa complexidade, os pesquisadores desenvolveram o primeiro modelo que simula como oxidantes e poluentes se movem e reagem dentro de membranas catalíticas sob condições operacionais realistas.

“Nós hipotetizamos que o desempenho da membrana é fundamentalmente governado pela interação entre a cinética da reação e o transporte de solutos”, disse o Dr. Yanghua Duan. “Ao capturar essas interações em um modelo, podemos ir além do projeto por tentativa e erro”.

O modelo com os princípios de projeto, publicado na revista científica Nature Water, simula como variáveis como posicionamento do catalisador, espessura da membrana, tamanho dos poros e fluxo de água afetam a remoção de contaminantes.

“Descobrimos que a mesma membrana pode se comportar de forma completamente diferente dependendo de onde os catalisadores estão localizados”, disse o Dr. Yanghua Duan. Outra descoberta importante foi a identificação da faixa ideal para a carga do catalisador. Catalisadores em quantidade insuficiente limitam a taxa de reação, enquanto o excesso cria um gargalo no transporte.

“Estamos mudando o campo da experimentação reativa para o projeto preditivo. Isso abre caminho para membranas que não são apenas mais eficazes, mas também mais escaláveis, energeticamente eficientes e adaptáveis a diferentes qualidades de água”, disse o Dr. Yanghua Duan.

Os princípios de projetos permitem adaptar membranas a objetivos específicos, como minimizar a contaminação por sal, reduzir o consumo de energia ou maximizar a seletividade de contaminantes. Os pesquisadores também avaliaram como diferentes oxidantes, como peróxido de hidrogênio e persulfato, se comportam dentro da membrana, mostrando que a carga do oxidante influencia fortemente sua acessibilidade e reatividade.

“Pela primeira vez, podemos simular como as mudanças em escala molecular se propagam para influenciar o desempenho de todo o sistema. Isso pode nos ajudar a construir sistemas descentralizados que atendam comunidades desenvolvidas e carentes”, concluiu o Dr. Yanghua Duan.

Em suas publicações, o Portal SciAdvances tem o único objetivo de divulgação científica, tecnológica ou de informações comerciais para disseminar conhecimento. Nenhuma publicação do Portal SciAdvances tem o objetivo de aconselhamento, diagnóstico, tratamento médico ou de substituição de qualquer profissional da área da saúde. Consulte sempre um profissional de saúde qualificado para a devida orientação, medicação ou tratamento, que seja compatível com suas necessidades específicas. 

Autores/Pesquisadores Citados

Dr. Menachem Elimelech

Professor da Universidade Rice

Dr. Yanghua Duan

Ex-pesquisador da Universidade Rice e professor da Universidade do Estado do Colorado

Publicação

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a revista científica Nature Water (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia original completa na página da Universidade Rice (em inglês).

Comunique um Erro

Notícias relacionadas

E-books relacionados

Rolar para cima