Sugarcane bagasse biochar functionalized with ZnO via zinc hydroxychloride thermal conversion for enhanced photocatalytic degradation of paracetamol

As estações de tratamento de água são projetadas para limpar nossos rios e lagos, mas frequentemente lutam contra um tipo específico de poluição invisível: os vestígios minúsculos de medicamentos que descartamos pelo esgoto. Quando as pessoas tomam analgésicos como o paracetamol, seus corpos não absorvem todas as moléculas. O restante passa pelo sistema de esgoto e acaba no meio ambiente, onde pode prejudicar peixes e outros animais selvagens. Como esses produtos químicos são tão persistentes e existem em quantidades tão pequenas, os métodos de limpeza padrão não conseguem removê-los de forma eficaz. Cientistas recorreram a uma solução poderosa chamada fotocatálise, um processo que utiliza a luz para desencadear uma reação química que decompõe poluentes. Um material comum usado para isso é o óxido de zinco, um pó branco que atua como uma esponja para a energia luminosa. No entanto, este material possui uma falha: quando absorve a luz, a energia capturada muitas vezes se anula antes que possa realizar qualquer trabalho de limpeza, e as partículas minúsculas são difíceis de recolher após o trabalho concluído.

Para resolver esses problemas, pesquisadores da Universidade Federal de Itajubá, no Brasil, desenvolveram uma nova maneira de combinar o óxido de zinco com um material feito de resíduos agrícolas. Eles pegaram o bagaço da cana-de-açúcar, o resíduo fibroso que sobra após o esmagamento da cana para fazer o suco, e o transformaram em uma substância porosa, semelhante ao carvão, conhecida como biochar. Em vez de misturar os materiais em um líquido, eles cultivaram o óxido de zinco diretamente sobre a superfície deste biochar usando um processo de tratamento térmico. O resultado foi um material composto onde as partículas de óxido de zinco que absorvem a luz foram ancoradas firmemente ao biochar rico em carbono. Essa configuração permitiu que o biochar atuasse como uma estrutura de suporte que mantinha as partículas de óxido de zinco separadas e estáveis, ao mesmo tempo em que ajudava a gerenciar o fluxo de energia para que a reação de limpeza pudesse ocorrer de forma mais eficiente.

A equipe testou este novo material tentando remover o paracetamol da água sob uma fonte de luz. Eles descobriram que o material suportado por biochar era muito superior ao uso do pó de óxido de zinco puro. Em seus experimentos, o novo composto removeu mais de 78 por cento do paracetamol da água em apenas 90 minutos, enquanto o pó de óxido de zinco padrão conseguiu remover menos da metade desse valor no mesmo intervalo de tempo. Os pesquisadores observaram que a natureza porosa do biochar ajudou a prender as moléculas do medicamento perto dos sítios ativos de óxido de zinco, dando à reação uma vantagem inicial. Além disso, o material mostrou uma velocidade de degradação muito mais rápida, decompondo o contaminante a uma taxa mais do que o dobro da do pó não modificado.

Para entender exatamente como essa limpeza aconteceu, os cientistas usaram produtos químicos especiais para bloquear diferentes partes do processo de reação. Eles descobriram que a decomposição do medicamento foi impulsionada por uma equipe de agentes reativos. Os auxiliares mais importantes foram os radicais hidroxila e os radicais superóxido, que são partículas altamente energéticas que atacam e desmantelam as moléculas do fármaco. O biochar desempenhou um papel crucial na geração desses radicais, ajudando a separar as cargas elétricas criadas pela luz, evitando que desperdiçassem sua energia. Embora o material tenha mostrado algum declínio de desempenho após usos repetidos, provavelmente porque os poros ficaram obstruídos com detritos residuais, ele permaneceu estável o suficiente para ser considerado um candidato promissor para futuros sistemas de tratamento de água. Este trabalho sugere que transformar resíduos agrícolas em uma ferramenta de limpeza de alta tecnologia poderia oferecer uma maneira de baixo custo e eficaz de proteger nossos suprimentos de água contra a crescente ameação da poluição farmacêutica.