Uso de membranas COF para transformar resíduos radioativos em efluente comum é tema de palestra no IPEN

Palestrante é colaborador em projeto da AIEA, que visa eliminar ou reduzir efluentes radioativos gerados no processo de fabricação dos elementos combustíveis produzidos no CECON

O professor e pesquisador Devin L. Shaffer, da Universidade de Houston, no Texas (EUA), que está no IPEN para testar membranas desenvolvidas por sua equipe nos efluentes radioativos gerados pela produção de elementos combustíveis no Centro do Combustível Nuclear (CECON), apresenta nesta quarta-feira (14), às 14h, a palestra "Covalent Organic Framework (COF) Membranes for Liquid Separations", no Centro de Química e Meio Ambiente (CEQMA).

Shaffer é colaborador do IPEN por meio de projeto de cooperação técnica com Agência Internacional de Energia Nuclear (AIEA) - TC BRA 2019: "Tratamento de efluentes radioativos na produção dos elementos combustíveis", coordenado pelo pesquisador Rafael Henrique Lazzari Garcia. A pesquisa visa eliminar ou reduzir todos os efluentes radioativos gerados no processo de fabricação dos elementos combustíveis produzidos no CECON.

Membranas do tipo COF (Covalent Organic Framework, ou estrutura orgânica colavente) para separação em líquidos, tema da palestra, são materiais ideais por conta da sua alta densidade e uniformidade de nanoporos, além de controle do tamanho desses poros e afinidade química. Como membranas, as COF's podem realizar separações complicadas que são importantes para os setores de energia, meio ambiente e saúde.

No entanto, explica Shaffer, a engenharia em escala nanométrica das COF's para aplicação como membranas funcionais ainda é desafiadora, por conta da dificuldade de fabricação de filmes de COF de grandes dimensões com alinhamento vertical e boa definição dos nanoporos e espessura controlada. Em sua apresentação, ele irá descrever a síntese e caracterização de membranas COF ultrafinas com ligações imínicas, compostas de camadas 2D de nanofolhas de COF e fabricadas por um processo de polimerização interfacial.

Testes no IPEN

Iniciado em 2022, o projeto tem duração de três anos e, segundo Garcia, no estágio atual, estuda-se a remoção de urânio dos efluentes líquidos do processo de precipitação do UF4 para que possa ser descartado no esgoto comum. "Algumas das estratégias dessa etapa incluem a adsorção do urânio com membranas, peneiras moleculares, carvão ativado ou óxido de grafeno”, explica o pesquisador.

Por não ser viável enviar amostras contaminadas para testes em Houston, o projeto custeou a visita do Shaffer ao Brasil, entre 5 e 16 de dezembro, para testar membranas desenvolvidas por sua equipe nos efluentes do CECON. O pesquisador já conhecia o IPEN por conta de uma visita em 2019. Além disso, é professor de duas alunas do IPEN que fazem doutorado-sanduíche na Universidade de Houston.

Shaffer fala das expectativas para a colaboração com o IPEN: "As membranas do tipo COF alinham propriedades únicas de elevado fluxo com elevada especificidade. Assim, para esse projeto da AIEA, nossas pesquisas têm como objetivo demonstrar na prática o conceito de remoção seletiva de urânio de rejeitos aquosos, utilizando membranas adsorventes desse tipo".

Como o objetivo do projeto é solucionar um problema inerente à fabricação dos elementos combustíveis, que é a geração de rejeitos radioativos, Garcia ressalta que a colaboração tornou possível trazer e utilizar o sistema desenvolvido pela equipe de Shaffer com amostras de efluentes líquidos do CECON contaminados com urânio, o que só poderia ser realizado no IPEN, já que são necessários laboratórios com estrutura para trabalho com materiais radioativos.

"Com o sucesso da aplicação dessas membranas, o rejeito passa a ser livre de contaminantes radioativos e se torna um efluente comum, podendo ser tratado e descartado no esgoto, reduzindo muito o volume de rejeito radioativo acumulado", conclui.

Coordenado pelo CECON, o projeto IAEA-TC BRA 2019 também conta com a participação de pesquisadores do CEQMA, do Centro de Tecnologia das Radiações (CETER), do Centro de Células a Combustível e Hidrogênio (CECCO) e do Centro de Ciência e Tecnologia de Materiais (CECTM).

Sobre o pesquisador
Devin L. Shaffer é mestre e doutor em química e engenharia ambiental, especialista em tratamento de água utilizando membranas poliméricas e peneiras moleculares, com experiência na utilização de neutrongrafia para análise de propriedades que influenciam no desempenho das membranas. Professor assistente no Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, em 2021 tornou-se membro do corpo docente a receber um prêmio CAREER da National Science Foundation. Concedido anualmente, o prêmio financia pesquisas pelo período de cinco anos. Shaffer recebeu US$ 538.686 para o estudo "Membranas bidimensionais covalentes orgânicas (2D COF): uma nova plataforma para separações líquidas”, que será executado até junho de 2026.

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SERVIÇO

O quê: Palestra "Covalent Organic Framework (COF) Membranes for Liquid Separations", proferida pelo professor Devin L. Shaffer.
Quando: Quarta-feira, dia 14/12, às 14h
Onde: Sala de Seminários do CEQMA, piso inferior

Resumo: Covalent organic frameworks (COFs) are ideal membrane materials because of their high-density of uniformly-sized nanopores and their controllable pore size and chemistry. As membranes, COFs could achieve challenging liquid separations that are important to the energy, environmental, and health fields. However, engineering nanoscale COF materials into functional membranes remains a challenge because of the difficulty of fabricating large-area COF films with vertically-aligned, single-digit nanopores and controlled thicknesses. This presentation will describe the synthesis and characterization of ultrathin imine-linked COF films composed of layered 2D COF nanosheets and fabricated by an interfacial polymerization process. Solvent fluxes through the COF membranes are predicted from COF structure by applying a continuum pore-flow model. The COF membranes are applied for desalination applications, and their for uranium adsorption is also explored. The unique solute-membrane interactions that impact these separations will be presented, and the implications for rational design of COF membranes will be discussed.