Desenvolvimento de novos materiais e métodos para dessalinização capacitiva

• Processo: 21/11630-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Vigência (Início): 01 de abril de 2022
• Vigência (Término): 31 de julho de 2025
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Ernesto Chaves Pereira de Souza
• Beneficiário: Felipe Staciaki da Luz
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais, AP.CEPID
• Assunto(s): Eletroquímica Desenvolvimento de novos materiais Dessalinização Carbono Grafenos Deionização capacitiva Nitreto de carbono Calcogeneto Ímãs permanentes Osmose inversa Método dos elementos finitos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: deionização capacitiva | Grafeno | Materiais à base de carbono | Método dos Elementos Finitos | Nitreto de carbono | Eletroquímica

Resumo

A água é um recurso essencial para a vida e é considerada um direito humano pela ONU. Apesar da enorme quantidade de água presente no planeta, menos de 3\% deste total é potável, isto é, própria para o consumo de seres humanos e animais. Além disso, essa água está distribuída de forma desigual ao redor do globo. Tais fatores, aliados ao aumento exponencial da população levam a escassez de água em diferentes regiões do mundo, o que tem como consequência um aprofundamento das desigualdades sociais, econômicas, levando a uma degradação acelerada do meio ambiente. Nesse contexto, técnicas para a dessalinização de água salobra e água do mar têm sido desenvolvidas para suprir a demanda por água potável para consumo humano e animal. Diferentes soluções tecnológicas tem possibilitado que a proposta sistemas de dessalinização eficientes e sustentáveis. Dentre os diferentes processos, destacam-se a osmose reversa, eletrodiálise, destilação multiestágios e dessalinização capacitiva como técnicas para esta finalidade desenvolvidas até o presente momento. Esse volume de água dessalinizada representa 0,01\% de toda a água consumida no mundo diariamente, sendo que a maior parte desse volume é obtido pela osmose reversa.Entretanto, a osmose reversa possui um gasto energético significativo devido à pressão requerida, e a necessidade da troca das membranas eleva o custo do processo. Uma alternativa promissora a esta técnica que tem sido estudada nos últimos anos é a dessalinização capacitiva. Esta tecnologia de purificação de água ganhou destaque por gerar uma quantidade menor de efluentes e utilizar materiais de baixo custo para a fabricação de eletrodos. Além disso, a energia requerida para operar o sistema de dessalinização ($\leq 1,4$ V) possibilita a sua alimentação por fontes de energia renováveis como, por exemplo, as células fotovoltaicas ou eólica.Considerando estes fatos, propomos, neste projeto, desenvolver novos materiais para eletrodos para o processo de dessalinização capacitiva modificando materiais à base de carbono como o grafeno e o nitreto de carbono quanto a sua sua estrutura superficial (funcionalização), pela presença de clusters de compostos, segmentos contendo grupos funcionais e defeitos estruturais. Finalmente, para melhorar disponibilidade dos sítios ativos, propomos aumentar a distância entre as camadas dos compostos de carbono pela introdução de estruturas químicas espaçadoras a base de calcogenetos. Também com o objetivo de aumentar a atividade para adsorção/desorção, propomos o uso de dupla fonte de energia usando além do campo elétrico, um campo magnético externo aplicado (utilizando um imã permanente). (AU)