Membranas de óxido de grafeno, um material versátil
O grafeno é um material com propriedades únicas. É composto por átomos de carbono que formam uma estrutura alveolar e é amplamente estudado quanto à sua condutividade. Entre seus derivados, o óxido de grafeno (OG) é um dos mais importantes devido à sua versatilidade. Consiste em camadas de grafeno com grupos funcionais do tipo hidroxila, carbonila, ácido ou epóxido em ambas as faces e nas extremidades do plano, tornando-o acessível para modificação química.
As propriedades do OG dependem principalmente do método de síntese utilizado, e monocamadas podem ser obtidas com até um átomo de espessura, ou até 10 folhas no material multicamadas. O OG é hidrofílico, por isso pode ser trabalhado em solução aquosa ou em solventes orgânicos. Os grupos funcionais presentes podem ser modificados por diferentes métodos, tais como redução, oxidação ou esfoliação.
As folhas de OG, devido à sua estrutura, podem impedir a passagem de todos os tipos de moléculas, exceto o vapor de água. Da mesma forma, há uma rápida transmissão de moléculas de água no espaço entre as camadas. As moléculas passam através dos poros ou extremidades das folhas e são transportadas por canais entre os planos. A formação controlada de nanocanais em cada camada permite a exclusão molecular por tamanho e também o controle do fluxo de íons.
A possibilidade de sintetizar várias camadas de OG facilita a formação de membranas deste material. Nas membranas ultrafinas são utilizadas poucas folhas e a passagem das moléculas ocorre através dos poros e defeitos internos, sendo determinada pelo tamanho molecular. Em membranas mais espessas, os canais interplanares determinam a seletividade do transporte, pois depende da formação ou não de ligações de hidrogênio com os grupos funcionais do OG. Ao manipular o pH, a concentração de sais e a pressão do experimento, o ambiente de carregamento muda e, portanto, a rejeição de certas moléculas.
As membranas OG puras, com poucas interações entre camadas, podem ter uma estrutura interlamelar instável que gera variabilidade no espaçamento entre camadas. O objetivo é regular este espaço por meio de agentes entrecruzantes ou suportes do tipo coluna. Para melhorar a resistência mecânica, podem ser incluídas camadas de materiais porosos do tipo cerâmico ou polimérico que servem como suporte. O OG pode ser adicionado a membranas poliméricas compostas a fim de melhorar a sua hidrofilicidade ou seletividade. Diferentes métodos de modificação de membranas de OG estão atualmente sendo pesquisados a fim de melhorar o equilíbrio permeado/rejeição e diminuir seus custos de produção.
As membranas de OG são utilizadas para a nanofiltração de gases e líquidos, por exemplo: no processo de dessalinização da água, na separação de hidrogênio e outros gases, na recuperação de solventes orgânicos em processos industriais e na troca de prótons em células a combustível. Eles também podem ser usados para purificação de água, especialmente se dopados com nanopartículas metálicas com propriedades antibacterianas. Além disso, prolonga a vida útil das membranas, impedindo parcialmente a sua incrustação.
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Óxido de grafeno, dispersão aquosa (354-46371). Com uma concentração de 10 mg/mL.
Óxido de grafeno, pó (357-46361). Material dispersível em água e solventes orgânicos, tais como carbonato de propileno e N-metilpirrolidona.
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Bibliografia
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