Características estruturais dos aerogéis fornecidas por fornecedores de paredes de aerogel.

Com o rápido desenvolvimento econômico, desafios ambientais como as mudanças climáticas globais, a poluição do ar e a poluição da água tornaram-se cada vez mais graves, representando sérias ameaças aos ecossistemas, bem como à sobrevivência e à saúde humanas. Para lidar com questões ambientais, incluindo o controle de gases de efeito estufa, compostos orgânicos voláteis (COVs), óxidos de enxofre (SOx), óxidos de nitrogênio (NOx) e purificação da água, uma ampla gama de tecnologias de tratamento foi desenvolvida, como adsorção, absorção, tratamento biológico, tecnologia de plasma, fotocatálise e métodos de combustão.

Dentre essas tecnologias, a adsorção se destaca devido ao seu custo relativamente baixo, ampla aplicabilidade, facilidade de operação, ausência de poluição secundária e reciclabilidade dos adsorventes. Por isso, tem sido amplamente aplicada na área de purificação do ar. Como núcleo da tecnologia de adsorção, o desenvolvimento de materiais adsorventes de alto desempenho tem sido um foco de pesquisa fundamental.

Os aerogéis são materiais sólidos porosos compostos por partículas coloidais ou moléculas de polímero agregadas em uma estrutura de rede nanoporosa, com os poros preenchidos por um meio de dispersão gasosa. Apresentam áreas de superfície específicas extremamente elevadas, porosidade ultra-alta, estruturas de poros abertos ajustáveis, superfícies facilmente modificáveis ​​quimicamente e uma ampla variedade de tipos e formas. Para materiais adsorventes porosos, a área de superfície específica, a estrutura dos poros e as propriedades químicas da superfície são os principais fatores que regem o desempenho da adsorção. Os aerogéis possuem uma estrutura de rede nanoporosa tridimensional e contínua com porosidade de até 99,8%. A área de superfície específica dos aerogéis de sílica (SiO₂) e dos aerogéis de carvão ativado pode atingir aproximadamente 1.000 m²/g e 3.300 m²/g, respectivamente. Sua alta porosidade e grande área de superfície fornecem abundantes sítios ativos de adsorção, resultando em excelente capacidade de adsorção — até seis vezes maior que a do carvão ativado. Além disso, a estrutura de poros abertos e interconectados dos aerogéis facilita a difusão e o transporte de gases, permitindo que as moléculas de gás acessem facilmente os sítios de adsorção. Como resultado, os aerogéis desempenham um papel importante tanto na purificação por adsorção de gases quanto em aplicações de tratamento de água.

Deve-se notar, contudo, que depender exclusivamente da estrutura de rede intrínseca dos aerogéis para a adsorção física resulta em capacidade de adsorção limitada e seletividade relativamente baixa. Em aplicações práticas, a adsorção competitiva entre componentes gasosos coexistentes frequentemente afeta negativamente a adsorção dos gases-alvo. Consequentemente, pesquisas recentes têm se concentrado cada vez mais na modificação e funcionalização de aerogéis para aumentar sua capacidade de adsorção e/ou seletividade para espécies-alvo específicas.

No campo da adsorção de CO₂, aerogéis de sílica, aerogéis de carbeto de silício (SiC) e aerogéis emergentes, como os de grafeno, são modificados principalmente por meio de funcionalização com amina ou dopagem com nitrogênio para introduzir sítios ativos básicos. Isso possibilita a adsorção química específica, melhorando simultaneamente a capacidade e a seletividade de adsorção de CO₂. Para aerogéis de carbono, uma ativação adicional pode aumentar significativamente a área superficial específica, introduzindo microporos e ultramicroporos que desempenham um papel crucial na obtenção de uma adsorção de CO₂ de alta eficiência.

Para a adsorção e purificação de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis), um desafio fundamental da adsorção física é superar a adsorção competitiva das moléculas de água. A pesquisa nessa área concentra-se principalmente na modificação hidrofóbica de aerogéis por meio da introdução de grupos funcionais orgânicos apolares. Em contrapartida, aerogéis de óxido metálico e aerogéis emergentes à base de biomassa frequentemente alcançam uma remoção altamente eficiente de COVs por meio de adsorção química, devido aos seus sítios ativos intrínsecos únicos.




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