Do "material maravilha" a novos sistemas quimiobriónicos: desenvolvimento de soluções para o tratamento de água e recuperação de elementos críticos

Descrição

Problema: A água é um recurso vital para a vida, mas de acordo com as Nações Unidas, em 2017, cerca de 3 mil milhões de pessoas em todo o mundo não tinham a possibilidade de lavar as mãos em segurança em casa - uma das formas mais baratas, fáceis e eficazes de prevenir a propagação de doenças como o coronavírus, e apesar dos progressos, 2,2 mil milhões de pessoas em todo o mundo ainda não têm acesso a água gerida com segurança. Para além dos contaminantes clássicos, é também dada grande atenção aos chamados "contaminantes emergentes" (medicamentos, produtos de higiene pessoal, nanomateriais e outras substâncias de uso diário). No entanto, os designados elementos críticos para a tecnologia (TCE, do inglês Technological Critical Elements) e que incluem os elementos de Terras Raras e os elementos do grupo da platina, estão a emergir como novos contaminantes inorgânicos, causando preocupação significativa devido à sua utilização crescente, comportamento biogeoquímico mal compreendido e potencial toxicidade. No entanto, tendo em consideração o risco de abastecimento e a relevância no desenvolvimento de novas tecnologias, os TCE estão também entre os elementos classificados pela Comissão Europeia como "Matérias-Primas Críticas". Recentemente, o desenvolvimento de tecnologias para a recuperação e reciclagem destes elementos a partir de águas residuais e de produtos em fim de vida, é apontado como uma solução crucial para diminuir a dependência da importação destes elementos e para assegurar a sua disponibilidade num futuro próximo.Desafio: Melhorar a qualidade da água reduzindo a contaminação inorgânica e orgânica e recuperar elementos com interesse económico, aumentando a sua reciclagem e reutilização segura a nível mundial.Plano: GraphChem irá concentrar-se no desenvolvimento, caracterização e aplicação de novos nanocompósitos magnéticos à base de grafeno e de novos sistemas do tipo jardins químicos para remover contaminantes clássicos (metais) e emergentes (compostos farmacêuticos e TCE) da água e no desenvolvimento de novas tecnologias de recuperação de TCE. O grafeno, conhecido como "material maravilha" é bem conhecido pelas suas extraordinárias propriedades, e a sua aplicação no tratamento da água tem um enorme potencial. No entanto, a sua produção em grande escala tem ainda algumas limitações, tornando o grafeno de uma ou poucas camadas, e os seus derivados, materiais caros. Isto realça, como é importante, a preparação de nanocompósitos baseados em grafeno menos dispendiosos que poderiam ser utilizados para aplicações em larga escala. Por outro lado, hoje em dia, a importância científica e tecnológica dos sistemas do tipo jardim químico vai muito além das primeiras experiências que notaram a sua semelhança visual com o crescimento das plantas. Por exemplo, estas estruturas tubulares, auto-organizadas, belas e complexas podem ter superfícies internas reativas com propriedades químicas e de adsorção, podem ser alargadas a sistemas quimiobriónicos mistos inorgânico-orgânicos ou a jardins químicos com lantanóides, abrindo uma grande oportunidade para novas e belas nanoestruturas, cheias de novas propriedades e aplicações tecnológicasPara além do desenvolvimento de novos nanomateriais baseados em grafeno (fotocatalíticos e adsorventes) e novos sistemas do tipo jardim químico, outro aspeto inovador desta proposta é abordar pela primeira vez a necessidade de desenvolver tecnologias de tratamento de água rentáveis e amigas do ambiente para diferentes tipos de contaminantes, e encontrar fontes alternativas no fornecimento de TCE.Impacto: ChemGraph envolve uma equipa multidisciplinar, com investigadores dos Departamentos de Química, Física e Biologia da Universidade de Aveiro, incorporados em diferentes unidades de investigação CICECO, LAQV e CESAM e um consultor internacional. Juntos, têm as competências, know-how e experiência em todas as disciplinas (síntese e caracterização de nanomateriais, remediação da água; adsorção e fotodegradação; recuperação de TCE; modelação; avaliações ecotoxicológicas e respostas ao stress oxidativo; jardins químicos) para encontrar com sucesso uma solução holística para desenvolver uma tecnologia de tratamento de água rentável e ambientalmente atrativa, e vias de proporcionar alternativas ao fornecimento de TCE, o que terá um claro impacto a nível internacional, contribuindo igualmente para a concretização dos objetivos da Agenda para o Desenvolvimento Sustentável de 2030, particularmente minimizando a presença de substâncias químicas perigosas, e aumentando substancialmente a reciclagem da água e a sua reutilização segura (SDG6.3 e SD12.4).