Safe-by-design algal EPS based ZnO/zeolite bio-nanocomposite for the removal of BPA

As estações de tratamento de água enfrentam um desafio persistente e invisível: a presença de produtos químicos disruptores endócrinos. Estas são substâncias que podem interferir nos sistemas hormonais de humanos e animais, causando danos mesmo em concentrações muito baixas. Um dos mais comuns destes é o bisfenol-A, ou BPA, um produto químico utilizado para fabricar plásticos rígidos e resinas epóxi encontradas em tudo, desde recipientes de alimentos até garrafas de água. Quando estes produtos se decompõem ou são descartados de forma inadequada, o BPA infiltra-se no ambiente. Embora os métodos tradicionais consigam capturar alguns destes poluentes, muitas vezes têm dificuldade em decompô-los completamente, por vezes deixando para trás subprodutos tóxicos ou criando novos resíduos no processo. Os cientistas estão agora a recorrer à natureza em busca de soluções, explorando como materiais biológicos podem ser combinados com nanotecnologia avançada para limpar a água de forma mais eficaz e segura.

Num estudo recente, investigadores do Instituto de Tecnologia de Vellore, na Índia, desenvolveram um novo material concebido para enfrentar este problema específico. Criaram uma substância híbrida que funciona em duas etapas: primeiro, atua como uma esponja para agarrar o poluente e, segundo, utiliza a luz para o destruir. A equipa combinou três componentes distintos para construir este material. O primeiro foi a zeolita, um mineral de ocorrência natural com uma estrutura porosa que atua como um suporte robusto. O segundo foi o óxido de zinco, um semicondutor que se torna ativo quando exposto à luz ultravioleta, gerando espécies reativas capazes de quebrar ligações químicas. O terceiro componente foram as substâncias poliméricas extracelulares, ou EPS, um revestimento viscoso e gelatinoso produzido por algas. Esta camada biológica serve para manter os outros materiais unidos e, crucialmente, para tornar o produto final mais seguro para os organismos vivos.

Os investigadores começaram por cultivar um tipo específico de microalga marinha para colher o seu EPS. Em seguida, misturaram este extrato biológico com o pó de zeolita e de óxido de zinco em proporções precisas. Através de uma série de experiências, determinaram que uma proporção específica destes três ingredientes funcionava melhor. Quando misturaram uma parte de zeolita, uma parte de óxido de zinco e meia parte de EPS algal, o bio-nanocompósito resultante apresentou a maior eficiência. Nesta mistura, a zeolita forneceu uma superfície rugosa e irregular que impediu que as partículas de óxido de zinco se aglomerassem, enquanto o EPS algal atuou como uma cola natural, espalhando o óxido de zinco uniformemente pela superfície do mineral. Este arranjo criou um vasto número de locais onde o poluente poderia ser capturado e, depois, destruído.

Para testar o material, a equipa colocou-o em água contaminada com BPA e o expôs à luz UV-A, um tipo de radiação ultravioleta. Antes de a luz ser ligada, o material simplesmente absorveu o produto químico, retendo-o na sua superfície. Assim que a luz UV atingiu o óxido de zinco, o material mudou para um modo destrutivo. A luz energizou o óxido de zinco, fazendo-o libertar espécies de oxigénio reativas. Estas são moléculas altamente ativas que atacam a estrutura química do BPA, partindo-a. O estudo descobriu que os radicais superóxido foram os principais agentes responsáveis por esta destruição, atuando como a força principal que desmantelou o poluente. O processo foi altamente eficaz, removendo o BPA da água e, mais importante, decompondo-o em componentes inofensivos como dióxido de carbono e água.

Os investigadores mediram o sucesso deste processo monitorizando o carbono orgânico total na água. Após noventa minutos de exposição UV, o material alcançou uma redução de 96 por cento no carbono orgânico, confirmando que o BPA não foi apenas transferido da água para o material sólido, mas que foi realmente mineralizado e destruído. A eficiência do sistema foi testada sob várias condições. Funcionou bem numa vasta gama de níveis de acidez da água, desde ligeiramente ácida a moderadamente alcalina, o que é uma vantagem significativa para o tratamento de águas residuais do mundo real, onde as condições podem flutuar. No entanto, a equipa notou que, se a concentração do poluente fosse demasiado alta, o sistema se tornava menos eficiente, uma vez que o número limitado de locais ativos no material ficava saturado. Da mesma forma, adicionar demasiado material de limpeza à água não melhorou os resultados, pois as partículas começaram a bloquear a luz de chegar às camadas mais profundas da solução.

Um aspeto crítico desta investigação foi garantir que o novo material fosse seguro para o ambiente. Os nanomateriais podem por vezes ser tóxicos para as células vivas, mas a inclusão do EPS algal alterou este resultado. Os investigadores testaram o material em dois modelos biológicos diferentes: um tipo de alga de água doce e as raízes de plantas de alho. Em ambos os casos, a versão do material contendo o revestimento algal causou significativamente menos danos do que a versão sem ele. A camada de EPS pareceu atuar como um escudo protetor, reduzindo a produção de espécies de oxigénio reativas prejudiciais que poderiam danificar as células vivas. Isto sugere que o componente biológico não só ajudou o material a funcionar melhor, como também o tornou mais suave para o ecossistema.

O estudo conclui que este bio-nanocompósito representa uma abordagem promissora para a limpeza da água. Ao combinar um suporte mineral, um catalisador ativado pela luz e um revestimento biológico protetor, os investigadores criaram um sistema que é simultaneamente eficaz na destruição de poluentes e seguro para o ambiente. O material removeu com sucesso o BPA através de um processo de adsorção seguido de degradação fotocatalítica, alcançando uma mineralização quase completa do contaminante. As descobertas destacam que o equilíbrio dos componentes de tal sistema é fundamental; demasiado de um ingrediente pode dificultar o processo, enquanto a combinação certa cria um efeito sinérgico. Este trabalho oferece um passo tangível no desenvolvimento de tecnologias sustentáveis que possam lidar com os complexos desafios químicos das águas residuais modernas sem criar novos riscos ambientais.