Pesquisadores da Universidade de Chiba, no Japão, demonstraram que membranas ultrafinas de grafeno modificadas com oxigênio aumentam a eficiência na remoção de dióxido de carbono (CO₂) do metano (CH₄) sem comprometer a permeabilidade. O trabalho foi publicado em 3 de fevereiro de 2026 na revista Carbon.
O grupo liderado pelo professor associado Tomonori Ohba, com a participação de Shunsuke Hasumi, do Graduate School of Science da mesma instituição, investigou como grupos oxigenados instalados nas bordas dos poros de grafeno influenciam a passagem dos gases. O resultado aponta para um caminho promissor na purificação de gás natural e biogás, que dependem da retirada de impurezas para uso seguro e eficiente.
Teste em laboratório e simulações
Os cientistas montaram membranas de grafeno em um espectrômetro de massa desenvolvido no próprio laboratório para medir o fluxo de CO₂ e CH₄. Paralelamente, executaram simulações computacionais que acompanharam o movimento das moléculas através de poros com diâmetros de 0,21 a 0,99 nanômetro, levando em conta interações moleculares e forças de Coulomb.
As simulações revelaram alta permeabilidade do grafeno poroso, mas mostraram que, quando o diâmetro supera aproximadamente 0,5 nm, a capacidade de distinguir CO₂ de CH₄ praticamente desaparece. A seletividade voltou a crescer em poros perto de 0,4 nm. Ensaios práticos confirmaram essa tendência, embora a permeabilidade medida fosse menor do que a prevista, já que as amostras reais possuíam diversas camadas de grafeno, e não apenas uma.
Efeito dos grupos oxigenados
A discrepância entre modelos e experiência foi atribuída à presença natural de grupos contendo oxigênio nas imperfeições das membranas experimentais. Ao inserir essas regiões oxigenadas nas simulações, a equipe observou passagem facilitada de CO₂, concomitante a melhor separação em relação ao metano.
Para comprovar o papel do oxigênio, o grafeno foi exposto a plasma de oxigênio, introduzindo intencionalmente esses grupos químicos. As membranas tratadas apresentaram desempenho de separação superior e alinhado às previsões teóricas.
Imagem: Internet
Segundo os autores, a atração mais forte entre o CO₂ e os sítios oxigenados nas bordas dos poros explica a seletividade: o dióxido de carbono atravessa a estrutura com maior facilidade, mesmo em poros relativamente grandes, enquanto o metano é barrado.
Potencial industrial
O estudo indica que membranas de grafeno funcionalizadas podem combinar alto fluxo de gás com separação eficiente, fator crucial para aplicações comerciais. A tecnologia tem potencial para baratear e reduzir o impacto ambiental de processos de purificação de gás natural e biogás, ao diminuir o consumo de energia e as emissões de CO₂.
Com informações de Nanowerk
