Ao atuar como catalisador, óxido do metal torna processo de tratamento mais rápido, eficaz e mais sustentável

Estudos desenvolvidos por pesquisadores do Laboratório de Pesquisa em Catálise e Química Sustentável do Instituto do Mar, no Campus Baixada Santista da Universidade Federal de São Paulo (IMar/Unifesp), têm revelado como o nióbio, um metal de transição com alta condutividade térmica e elétrica, maleabilidade, alta resistência ao calor, ao desgaste e à corrosão, pode servir como alternativa promissora para o tratamento de águas poluídas, num processo rápido, eficaz, sem exigir descarte de lodo de resíduo em aterro e sem gasto de consumo de reagentes.

"Hoje em dia, o nióbio é utilizado em diversas aplicações tecnológicas como, por exemplo, em carros, turbinas de avião, sondas espaciais, aparelhos de ressonância magnética, marcapassos, entre muitos outros. Porém, seu uso como catalisador, ou seja, um acelerador de reações químicas, ainda é pouco explorado. Nesse sentido, o pentóxido de nióbio é um sólido branco, semicondutor, com uma baixa área superficial, insolúvel em água, estável ao ar, e que possui caráter ácido, (principalmente, em sua forma hidratada, conhecida como ácido nióbico) com propriedades redox (oxido-redução), e é atóxico. Em nossos recentes estudos, observamos que essas propriedades o fazem ser bastante efetivo como catalisador em um processo de oxidação avançada que chamamos de "fotocatálise-heterogênea", onde o catalisador sólido entra em contato com o efluente líquido, e com ajuda de radiação eletromagnética (por exemplo pode ser a luz do sol, ou luz UV) gera radicais hidroxilas, espécies altamente oxidantes, capazes de degradar uma grande variedade de moléculas contaminantes em água. Está é uma forma alternativa aos tratamentos de águas poluídas usados atualmente", explica Yvan Asencios, professor do IMar/Unifesp e coordenador do estudo.

O nióbio é abundante no Brasil. Atualmente, o país é o detentor de 98% dos depósitos de nióbio em operação no planeta. Araxá (MG) concentra a maior parte das jazidas (75%), cuja exploração é realizada pela Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM).
Pesquisas mostram eficácia do nióbio

Em um estudo publicado na revista Materials Chemistry and Physics, os pesquisadores do Grupo de Catálise e Química Sustentável do Campus Baixada Santista da Unifesp reportaram a obtenção do pentóxido de nióbio (a partir de um sal solúvel do metal por uma rota de síntese simples). Este material foi testado como fotocatalisador para degradar o corante sintético Azul de Metileno em água. Esse corante é um dos poluentes orgânicos comuns (embora o Azul de metileno tenha uma baixa toxicidade em humanos, é toxico à biota aquática, e seu despejo inadequado deve ser evitado), assim como os compostos fenólicos, são amplamente usados ??nas indústrias têxtil, de papel, cosmética, farmacêutica, de tintas, de couro e de alimentos.

"Em muitas ocasiões, os compostos fenólicos e os corantes sintéticos remanescentes do processo de tingimento são despejados em corpos de água sem o tratamento adequado ou até sem qualquer tratamento. Alguns corantes sintéticos são tóxicos, mutagênicos e carcinógenos. Eles podem bloquear a penetração da luz solar e impedir que as plantas aquáticas realizem fotossíntese. De outro lado, os compostos fenólicos destroem todos os tipos de células, são muito tóxicos para organismos aquáticos e, em humanos, são tóxicos por inalação, por contato com a pele e por ingestão", diz Asencios.

Ao pentóxido de nióbio, os pesquisadores adicionaram dióxido de titânio, formando fotocatalisadores de óxidos mistos, sensíveis à luz visível, os quais conseguiram degradar efetivamente o corante Azul de Metileno em solução aquosa sobre luz visível.

Em outro estudo também feito no mesmo grupo de pesquisa, desta vez publicado na revista Solar Energy, nano-heteroestruturas de nióbio - junção de estruturas de nióbio: NaNbO3 e Na2Nb4O11, de tamanho nanométrico - foram reportadas por primeira vez. Esse material foi sintetizado por uma metodologia simples e econômica. As nano-heteroestruturas foram depositadas à argila natural, visando dotar de novas propriedades às argilas naturais. "Os catalisadores resultantes conseguiram degradar a Rodamina B, um corante sintético de toxicidade em humanos e de efeitos tóxicos à biota aquática, por isso sua completa eliminação é necessária", explica o pesquisador.

Um terceiro estudo publicado na revista Rare Metals, fenol e Azul de Metileno presentes em água poluída foram degradados eficientemente usando catalisadores de compostos de óxido de Nióbio dopado com pequenas quantidades de óxido de cério sob luz visível.

"Tivemos resultados muito promissores. É sabido que a saúde e o bem-estar da população dependem de um abastecimento contínuo e adequado da água, que obedeça aos padrões de qualidade necessários para seu consumo. Neste cenário, existe uma grande demanda por métodos de tratamento de água cada vez mais eficientes, que sejam de baixo custo, que não gerem resíduos tóxicos e que sejam de fácil implementação e acesso", explica o docente.

"Os métodos convencionais, que incluem filtração, coagulação-floculação, precipitação, resinas de troca iônica, lodos ativados, entre outros, geram grandes quantidades de resíduos, como a lama tóxica, o que causa elevado consumo de reagentes químicos e energia. Tudo isso eleva o custo operacional e abre a necessidade de tratamentos posteriores, o que pode prejudicar sua disponibilidade. Já os processos de tratamentos de águas que usam adsorventes e filtração por membranas são de fácil operação, porém costumam ser feitos de materiais caros, como membranas poliméricas e carvões ativados, além de precisarem de processos auxiliares para sua regeneração. Nossos estudos, assim, tem revelado que o uso de nióbio pode representar uma solução eficiente e bem acessível para tratarmos nossa água poluída", destaca o professor da Unifesp.

O grupo segue no desenvolvimento de mais estudos com o metal no Laboratório de Catálise e Química Sustentável como, por exemplo, a degradação de contaminantes em água de mar, efluentes da indústria do petróleo, produção de gás de síntese, produção de hidrogênio, entre outros, focado às pesquisas na área da química verde e tecnologia química. Os trabalhos contam com colaborações de pesquisadores da Universidade Federal do ABC (Santo André/SP) e da Universidade de São Paulo (USP São Carlos/SP) e com o patrocínio das agências de Fomento Fapesp e CNPq, e, além do apoio da CBMM, que cedeu os sais de nióbio necessários para preparar os catalisadores.

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