Técnica permite obter insumo fundamental para a indústria química sem emitir CO2

Peróxido de hidrogênio é usado tanto para esterilizar equipamentos médicos quanto para promover o clareamento dental, de tecidos e pasta de papel, entre outras aplicações

Ricardo Muniz | Agência FAPESP – Estudo publicado na revista ACS Applied Materials & Interfaces, da American Chemical Society, apresentou um novo sistema de produção de peróxido de hidrogênio (H2O2) sem emissão de dióxido de carbono (CO2), importante gás de efeito estufa. O peróxido de hidrogênio é um dos insumos químicos mais produzidos no mundo e é usado tanto para clarear tecidos e pasta de papel – além de clareamento dental –, quanto como combustível para ajuste da trajetória de satélites no espaço. É empregado também na área médica como desinfetante ou agente esterilizante. Anualmente, são produzidos cerca de 2 milhões de toneladas de H2O2.

“Para entender o impacto do nosso trabalho, primeiro é preciso considerar essa importância do H2O2 na indústria química, mas também como é produzido hoje”, diz o químico Ivo Freitas Teixeira, professor da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). “Todo esse peróxido é produzido por um processo que envolve antraquinona [composto derivado da hidrólise do antraceno]. Nesse processo, a antraquinona é reduzida e, em seguida, oxidada para gerar H2O2. As desvantagens do método estão não só no custo da antraquinona, um composto químico caro, mas na etapa de redução, que utiliza metais nobres, como Pd [paládio], e H2 [hidrogênio] como agente redutor. A utilização do hidrogênio não é desejada, porque provém da reforma do metano, processo que ocorre sob altas temperaturas e libera CO2 como subproduto, contribuindo para o aquecimento global”, explica o cientista, que realizou seu pós-doutorado em química inorgânica na Universidade de São Paulo (USP).

Neste trabalho, os autores conseguiram produzir peróxido a partir do oxigênio (O2) utilizando fotocatálise para guiar o processo. Na fotocatálise, os catalisadores (materiais usados para acelerar uma reação química) são ativados utilizando luz visível em vez de altas temperaturas ou pressões. Outra grande vantagem do trabalho é o uso do nitreto de carbono como fotocatalisador, material constituído somente de carbono e nitrogênio, elementos bastante abundantes na crosta terrestre. Além disso, os nitretos de carbono podem ser ativados na região visível, que corresponde a cerca de 45% do espectro solar. Dessa forma, é provável que a iluminação artificial possa ser substituída por luz solar, tornando o processo ainda mais atraente economicamente.

Após testar diferentes condições reacionais, o grupo de pesquisa encontrou um sistema com excelente taxa de produção de H2O2. “Realizamos a redução do O2 usando uma rota fotocatalítica, na qual a fonte de hidrogênio acaba sendo a própria água do meio reacional ou o reagente de sacrifício, geralmente glicerol, que é um subproduto da produção do biodiesel”, detalha Teixeira, que entre 2019 e 2021 foi fellow da Humboldt Foundation no Instituto Max Planck em Potsdam (Alemanha).

Nesse sistema, o nitreto de carbono é empregado como um semicondutor que quando irradiado por luz separa cargas, promovendo reações de redução e oxidação. Nesse caso, o O2 é reduzido em H2O2 e o reagente de sacrifício (glicerol) é oxidado. Como resultado é obtido H2O2 sem a necessidade de usar H2 e, consequentemente, sem a emissão de CO2.

“Até chegarmos ao trabalho publicado foi um longo caminho de investigação, uma vez que nós descobrimos que, ao mesmo tempo que o H2O2 era produzido na superfície do fotocatalisador, ele podia também ser degradado”, diz Teixeira. “Tivemos de fazer uma série de testes e modificações no fotocatalisador, visando promover a formação do H2O2 e evitar sua decomposição. O entendimento do mecanismo pelo qual o H2O2 se decompõe na superfície dos nitretos de carbono foi extremamente importante para nos permitir desenvolver o fotocatalisador ideal para essa reação.”

Teixeira lidera na UFSCar um grupo de pesquisa apoiado pela FAPESP. Além dele, assinam o artigo Andrea Rogolino (Universidade de Pádua, Itália); Ingrid Silva, Nadezda Tarakina e Markus Antonietti (Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, Alemanha); e Marcos da Silva e Guilherme Rocha (UFSCar).

O artigo Modified Poly(Heptazine Imides): Minimizing H2O2 Decomposition to Maximize Oxygen Reduction pode ser lido em: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c14872.