Mexilhões inspiram maneira ecológica de extrair elemento essencial de terras raras

Com informações da PSU - 21/08/2023

A capacidade única e notável dos mexilhões de aderir a superfícies subaquáticas inspirou uma maneira mais eficiente de extrair elementos essenciais de terras raras a partir de soluções.
[Imagem: Sheikhi Lab/Penn State]

Biomineração

Há um dilema envolvendo os chamados elementos de terras raras: Eles desempenham um papel fundamental nas tecnologias de energia limpa, baterias e componentes essenciais em turbinas eólicas; por outro lado, a extração desses elementos levanta preocupações ambientais, uma elevada pegada energética (energia necessária para extrair e processar esses elementos) e problemas de concentração no seu fornecimento.

Para ajudar a minimizar esse problema, pesquisadores encontraram inspiração no fundo do mar, mais especificamente, na viscosidade do mexilhão.

Ao imitar a cola natural do animal, Shang-Lin Yeh e colegas da Universidade do Estado da Pensilvânia, nos EUA, desenvolveram um revestimento de nanocelulose que demonstrou o que eles chamam de capacidade "notável, até surpreendente" de recuperar um dos principais elementos de terras raras a partir de fontes secundárias, incluindo águas residuais industriais, sem usar uma grande quantidade de energia.

Uma das explicações para a capacidade notável dos mexilhões de aderir a superfícies subaquáticas se deve às propriedades adesivas de moléculas à base de catecol encontradas em suas proteínas. O novo revestimento imita essa propriedade, sendo formado por nanocristais de celulose "peludos", com fortes propriedades adesivas.

Uma reação química permite que o revestimento de nanocelulose inspirado no mexilhão forme uma fina camada de moléculas em uma superfície, tornando-o capaz de aderir a uma ampla gama de substratos.

A ideia agora é aplicar o mesmo princípio a outros elementos de terras raras.
[Imagem: Shang-Lin Yeh et al. - 10.1021/acsami.3c04512]

Neodímio

O grande trunfo do material está nas moléculas que dão a capacidade adesiva aos pelos de nanocelulose: Os compostos dos grupos dialdeído e dicarboxilato apresentaram uma capacidade inédita de capturar íons do elemento neodímio, um dos principais componentes da família das terras raras. O neodímio é um dos ímãs mais fortes que se conhece, sendo usado dos discos rígidos de computadores aos geradores de turbinas eólicas.

"O desafio na extração de neodímio está em conseguir uma remoção eficiente e seletiva em baixas concentrações. O revestimento de nanocelulose inspirado nos mexilhões oferece maior seletividade e capacidade de remoção de neodímio, superando as limitações dos métodos anteriores," disse o professor Amir Sheikhi, destacando que o revestimento desempenha para o neodímio o mesmo papel que um ímã desempenha para o ferro.

A equipe agora pretende estudar como adaptar as moléculas do adesivo para torná-las atratores de outros elementos de terras raras.

"Vislumbramos que o revestimento de nanocelulose inspirado nos mexilhões fornecerá novas oportunidades no desenvolvimento de materiais e interfaces de base biológica de última geração para a recuperação sustentável de elementos de terras raras e outros elementos preciosos," concluiu a equipe.

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