Nanomaterial leve como uma pena captura água potável do ar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/06/2025

O pesquisador Xiaojun Ren mostra o aerogel de óxido de grafeno e cálcio.
[Imagem: UNSW]

Água da umidade do ar

A tecnologia de coleta de água do ar atmosférico está recebendo um novo impulso de um nanomaterial que captura uma quantidade inédita de água a partir da umidade ambiente.

O nanomaterial poroso consegue reter mais de três vezes seu próprio peso em água. E ele faz isso muito mais rapidamente do que as tecnologias desenvolvidas até agora, somando características que viabilizam seu uso em aplicações diretas para produzir água potável a partir do ar.

Os cientistas calculam que há cerca de 13 milhões de petalitros (10¹⁵ litros) de água em suspensão na atmosfera da Terra. Embora isso represente apenas uma fração do total de água na Terra, ainda representa uma fonte substancial de água doce, que pode ser coletada sem a necessidade de construção de grandes infraestruturas de coleta e tratamento.

"Nossa tecnologia será aplicada em qualquer região onde tenhamos umidade suficiente, mas acesso ou disponibilidade limitada de água potável limpa," disse o professor Rakesh Joshi, da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália.

"Este é um excelente exemplo de como a colaboração interdisciplinar e global pode levar a soluções práticas para um dos problemas mais urgentes do mundo: o acesso à água limpa," acrescentou Kostya Novoselov, da Universidade Nacional de Cingapura - a pesquisa é uma colaboração entre grupos de pesquisa da Austrália, China, Japão, Cingapura e Índia.

Adsorção

O novo nanomaterial é baseado na forma bem conhecida do óxido de grafeno, que consiste na tradicional estrutura de carbono com espessura de um único átomo, só que funcionalizada com grupos contendo oxigênio. O óxido de grafeno possui boas propriedades de adsorção de água, a propriedade que mede quanta água se liga à superfície de um material.

Como o cálcio também possui boas propriedades de adsorção de água, a equipe teve a ideia de intercalar íons de cálcio (Ca²⁺) no óxido de grafeno.

Uma característica importante dos materiais que adsorvem água com eficácia são as fortes ligações de hidrogênio entre a água e o material adsorvido, algo que o óxido de grafeno e o cálcio possuem - quanto mais forte a ligação de hidrogênio, maior a capacidade de adsorção de água do material.

Mas algo mágico aconteceu quando o cálcio ficou intercalado com o oxigênio do óxido de grafeno: Criou-se uma sinergia entre cálcio e oxigênio que elevou a capacidade de adsorção de água do material para níveis extraordinários. Isto porque a maneira como o cálcio se coordena com o oxigênio do óxido de grafeno altera a força das ligações de hidrogênio entre a água e o cálcio, tornando essas ligações ainda mais fortes.

"Nós medimos a quantidade de água adsorvida no óxido de grafeno por si só e medimos X. Medimos a quantidade de água adsorvida no próprio cálcio e obtivemos Y. Quando medimos a quantidade de água adsorvida no óxido de grafeno intercalado com cálcio obtivemos muito mais do que X+Y. É como se 1+1 fosse igual a um número maior que 2," disse o pesquisador Xiaojun Ren, que realizou os experimentos.

Detalhes e estrutura do aerogel de óxido de grafeno.
[Imagem: Xiaojun Ren et al. - 10.1073/pnas.2508208122]

Leve como uma pena

A equipe fez um ajuste adicional para melhorar a capacidade de retenção da água adsorvida: Eles criaram o óxido de grafeno intercalado com cálcio na forma de um aerogel, um dos materiais sólidos mais leves conhecidos.

Os aerogéis são mais poros, ou espaços vazios, do que matéria. E esses poros, com diâmetros de micrômetros a nanômetros, lhes dão uma área de superfície enorme, o que ajuda a adsorver água muito mais rapidamente do que o óxido de grafeno padrão. A estrutura de aerogel também confere ao material propriedades esponjosas que facilitam o processo de dessorção, que é a liberação da água capturada.

"A única energia que este sistema requer é a pequena quantidade necessária para aquecer o sistema a cerca de 50 graus para liberar a água do aerogel," detalhou a professora Daria Andreeva.

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