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A onipresença das nanopartículas

Publicado por admin - Wednesday, 12 February 2014

INOVAÇÃO

Pesquisas do Instituto de Química colocam à disposição tecnologia baseada em nanopartículas magnéticas, com aplicações na mineração, na petroquímica e na metalurgia
IZABEL LEÃO

Reprodução

O Laboratório de Química Supramolecular e Nanotecnologia do Instituto de Química da USP transforma moléculas em máquinas moleculares. São as nanopartículas magnéticas, com capacidade de ligar metais que podem ser utilizados na mineração, indústria petroquímica, metalurgia e até para a geração de energia solar.

À frente desse trabalho de pesquisa estão o professor Henrique Eisi Toma e sua equipe de pesquisadores, que, com recursos de projetos advindos da Petrobras e do CNPq, já têm 18 pedidos de patente encaminhados pela Agência USP de Inovação.

Cecília Bastos

Pesquisas do Instituto de Química na área de nanotecnologia: técnicas inovadoras podem ter várias aplicações na indústria

Sua área de especialização é estudar a utilização das nanopartículas feitas de magnetita – um material naturalmente magnético que se torna superímã quando na forma nanométrica – para o campo da exploração mineral. O professor Henrique Toma explica que as nanopartículas magnéticas podem ser usadas no melhor aproveitamento da exploração de petróleo. “Se consigo que as moléculas de petróleo se agreguem às nanopartículas magnéticas, consigo aumentar a extração do produto, já que apenas uma parte do petróleo existente nas rochas porosas dos depósitos petrolíferos pode ser extraída, ficando uma boa parte ainda dentro das rochas.”

Outra utilização apontada pelo professor é no caso de derramamento de óleo. As nanopartículas magnéticas podem ajudar a confinar a mancha de óleo, facilitando a limpeza da água. “Nosso estudo tenta desvendar como as nanopartículas magnéticas interagem com as moléculas de petróleo para poder movimentá-lo. Estamos criando um revestimento que faz com que a nanopartícula se solubilize no petróleo”, analisa.

Não é só com a extração do petróleo que Toma se preocupa. As nanopartículas podem separar os gases saturados dos insaturados com uma membrana, já que os insaturados interagem com as nanopartículas e passam por ela, enquanto os saturados não, tornando o método mais limpo e econômico que o atual. “O processo de separação utilizado hoje necessita de uma torre enorme, gasta uma quantidade absurda de energia, poluindo o ambiente,” ressalta ele.

Cecilia BastosMineração – O professor aposta todas as suas fichas na área da mineração. Embora o uso de materiais magnéticos para a extração de minerais seja secular, o Brasil ainda vende minério bruto e importa a preços exorbitantes os produtos tecnológicos gerados por esses minérios, porque não tem tecnologia para transformá-los. A fim de melhorar o desempenho do Brasil nessa área, Toma vem usando as nanopartículas na captura de metais puros com três grandes vantagens: captura, eletrólise e regeneração. Ele explica que, através das nanopartículas, é possível concentrar todos os metais rapidamente, com o auxílio de um ímã, capturando os metais em solução, o mesmo processo dos reagentes químicos utilizados hoje, mas que leva mais tempo e é complexo e poluente. Com as partículas dos metais agrupadas, o transporte é feito por um ímã potente para um lugar com eletrodo (placa metálica). Aplica-se uma voltagem elétrica e o metal aderido à nanopartícula gruda na placa, facilitando a extração do metal puro no mesmo recipiente de trabalho. “Nada se perde”, enfatiza o professor. “Utilizo apenas uma etapa de trabalho, que é a captura do metal e a realização da eletrólise, diferente da hidrometalurgia atual, que desenvolve um processo muito complexo, levando dias para obter o metal desejado.”

Segundo o professor, experimentos como esse podem ser muito úteis para companhias como a Vale do Rio Doce, por exemplo, que já investiu em projetos de pesquisa de extração do cobre das rochas, formando concentrados desse metal com o Instituto de Biociências da USP. “O diferencial do projeto do Laboratório de Química Supramolecular e Nanotecnologia é fazer a extração a partir do concentrado para conseguir o metal puro, fechando o ciclo do processo de mineração que tanto a Vale necessita”, esclarece Toma.

A técnica das nanopartículas magnéticas pode ser usada também na extração do cobre e dos metais de terras raras – grupo relativamente abundante de 15 elementos químicos, que vai do lantânio ao lutécio e que nos últimos anos ganhou grande importância tecnológica. O ímã que é usado para levantar carros, tratores, ônibus e sucatas de metal, por exemplo, é composto de neodímio, um elemento químico desse grupo, e as jazidas de nióbio brasileiras, também metal de terras raras, representam 95% do mercado mundial. No entanto, o Brasil apenas vende o material bruto, sem aplicá-lo na indústria de tecnologia, alerta o professor.

Separar metais – Há metais nas terras raras com aplicações em lasers, materiais óticos e eletrônicos e que também podem ser usados no setor petroquímico, como o lantânio, que serve como catalisador, fazendo o craqueamento (quebra de partículas) do petróleo, para transformar em gasolina, diesel, gás de cozinha etc. Inconformado, Toma explica que o Brasil precisa ainda importar os metais de terras raras por falta de tecnologia para separar os minérios – o que o leva a pagar preços altos.

Cecilia Bastos

O professor Toma: em busca de empresas interessadas em financiar pesquisas

Para ajudar a melhorar essa situação, a equipe de Toma vem desenvolvendo uma técnica para capturar terras raras a partir das nanopartículas. Segundo o pesquisador, a vantagem da sua tecnologia é poder ser aplicada em minerais de baixo teor, pois não é preciso trabalhar com minério concentrado.

A reciclagem magnética de metais usados em circuitos eletrônicos é outra aplicação das nanopartículas e já está patenteada. Por serem produtos tecnológicos repletos de cobre e outros metais, o experimento funcionaliza a nanopartícula para atrair cada metal específico e o ímã finaliza o processo, separando os metais, declara o professor.

“O mesmo princípio pode ser adotado na coleta de poluentes em lagos e rios, bastando para isso funcionalizar as moléculas para que elas se liguem aos poluentes que se deseja retirar”, diz Toma. “O que buscamos agora são empresas ligadas à metalurgia interessadas em financiar os avanços dos estudos.”