Pesquisadores da Princeton Engineering descobriram uma maneira de transformar sua comida de café da manhã em um novo material que pode remover sal e microplásticos da água do mar com baixo custo.
Os pesquisadores usaram claras de ovo para criar um aerogel, um material leve e poroso que pode ser usado em vários tipos de aplicações, incluindo filtragem de água, armazenamento de energia e isolamento acústico e térmico. Craig Arnold, professor Susan Dod Brown de Engenharia Mecânica e Aeroespacial e vice-reitor de inovação em Princeton, trabalha com seu laboratório para criar novos materiais, incluindo aerogéis, para aplicações de engenharia.
Um dia, sentado em uma reunião do corpo docente, ele teve uma ideia.
“Eu estava sentado lá, olhando para o pão no meu sanduíche”, disse Arnold. “E pensei comigo mesmo, este é exatamente o tipo de estrutura que precisamos.” Então ele pediu ao seu grupo de laboratório que fizesse diferentes receitas de pão misturadas com carbono para ver se eles poderiam recriar a estrutura de aerogel que ele estava procurando. Nenhum deles funcionou muito bem inicialmente, então a equipe continuou eliminando ingredientes enquanto testava, até que, eventualmente, restaram apenas as claras de ovo.
“Começamos com um sistema mais complexo”, disse Arnold, “e continuamos reduzindo, reduzindo, reduzindo, até chegarmos ao cerne do que era. Eram as proteínas nas claras de ovo que levavam às estruturas que precisávamos.”
A clara de ovo é um sistema complexo de proteína quase pura que – quando liofilizada e aquecida a 900 graus Celsius em um ambiente sem oxigênio – cria uma estrutura de fios interconectados de fibras de carbono e folhas de grafeno. Em um artigo publicado em 24 de agosto na Materials Today, Arnold e seus coautores mostraram que o material resultante pode remover sal e microplásticos da água do mar com eficiência de 98% e 99%, respectivamente.
“As claras de ovo até funcionavam se fossem fritas no fogão primeiro ou batidas”, disse Sehmus Ozden, primeiro autor do artigo. Ozden é um ex-associado de pesquisa de pós-doutorado no Princeton Center for Complex Materials e agora um cientista do Aramco Research Center. Enquanto as claras de ovo compradas em lojas regulares foram usadas nos testes iniciais, disse Ozden, outras proteínas semelhantes comercialmente disponíveis produziram os mesmos resultados.
“Os ovos são legais porque todos podemos nos conectar a eles e são fáceis de obter, mas você deve ter cuidado ao competir contra o ciclo alimentar”, disse Arnold. Como outras proteínas também funcionaram, o material pode ser produzido em grandes quantidades de forma relativamente barata e sem afetar o suprimento de alimentos. Um próximo passo para os pesquisadores, observou Ozden, é refinar o processo de fabricação para que possa ser usado na purificação de água em maior escala.
Se esse desafio puder ser resolvido, o material terá benefícios significativos porque é barato de produzir, eficiente em termos de energia e altamente eficaz. “O carvão ativado é um dos materiais mais baratos usados para purificação de água. Comparamos nossos resultados com o carvão ativado e é muito melhor”, disse Ozden. Comparado com a osmose reversa, que requer uma entrada significativa de energia e excesso de água para operação, este processo de filtragem requer apenas gravidade para operar e não desperdiça água.
Embora Arnold veja a pureza da água como um “grande grande desafio”, essa não é a única aplicação potencial para esse material. Ele também está explorando outros usos relacionados ao armazenamento de energia e isolamento.
A pesquisa incluiu contribuições dos departamentos de engenharia química e biológica e geociências em Princeton e em outros lugares. “Uma coisa é fazer algo no laboratório”, disse Arnold, “e outra é entender por que e como”. Colaboradores que ajudaram a responder as perguntas por que e como incluíram os professores Rodney Priestley e A. James Link, da engenharia química e biológica, que ajudaram a identificar o mecanismo de transformação das proteínas da clara do ovo em nível molecular. Colegas de Princeton em geociências ajudaram com medições de filtragem de água.
Susanna Monti do Instituto de Química de Compostos Organometálicos e Valentina Tozzi do Instituto Nanoscienze e NEST-Scuola Normale Superiore criaram as simulações teóricas que revelaram a transformação das proteínas da clara de ovo no aerogel.
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