Novo eletrocatalisador ajuda a transformar água poluída em fertilizantes e polímeros

Tradicionalmente, a redução de nitratos em amônia é um processo que demanda muita energia e, muitas vezes, não é acompanhado pela geração de outros produtos úteis. A nova metodologia substitui a reação de evolução de oxigênio, que consome energia, pela oxidação do 1, 5-pentanodiol, um material derivado de biomassa. Essa substituição estratégica permite ao sistema gerar um produto químico valioso, o ácido glutárico, ao mesmo tempo em que reduz significativamente o consumo de energia total do processo.

O sistema demonstrou uma notável eficiência na conversão do 1, 5-pentanodiol em ácido glutárico, atingindo uma eficiência faradaica de 98, 5%. Este índice elevado significa que quase toda a energia elétrica fornecida foi efetivamente utilizada para produzir o composto desejado, minimizando perdas e otimizando o processo. O ácido glutárico é um precursor importante na indústria de polímeros e outros produtos químicos finos.

Simultaneamente, o nitrato foi convertido em amônia com uma impressionante eficiência faradaica de 96, 1%. Este resultado supera o desempenho de muitos catalisadores relatados anteriormente na literatura científica, destacando a superioridade do novo sistema na remoção e valorização de poluentes de nitrato. A amônia é um componente crucial para a produção de fertilizantes e outros produtos químicos nitrogenados.

A robustez e a viabilidade prática do dispositivo foram testadas em uma operação contínua de 240 horas, alimentada por energia solar. Durante esse período prolongado, o sistema de eletrólise produziu aproximadamente 56 gramas de ácido glutárico e mais de 23 gramas de cloreto de amônio, um composto comum derivado da amônia. Essa demonstração de longa duração valida a estabilidade e a escalabilidade potencial da tecnologia para aplicações industriais.

A chave para o sucesso deste sistema reside na modulação das pontes Ni-O-V em microesferas de hidróxidos duplos lamelares de níquel-vanádio (NiV-LDHs), conforme detalhado no artigo intitulado "Modulating Ni-O-V Bridges in NiV-Layered Double Hydroxides Microspheres for Robust Electrocatalytic Coupling of 1, 5-Pentanediol Oxidation and Nitrate Reduction". Essa estrutura catalítica específica é fundamental para a alta seletividade e eficiência observadas nas reações de oxidação do 1, 5-pentanodiol e redução de nitrato.

A capacidade de converter simultaneamente resíduos de biomassa e poluentes ambientais em produtos químicos industriais valiosos, com alta eficiência e baixo consumo de energia, representa um avanço significativo. Este eletrocatalisador oferece uma rota promissora para a produção sustentável de fertilizantes e precursores de polímeros, contribuindo para a economia circular e a mitigação da poluição ambiental.