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Tese da UFPR premiada pela Capes utiliza biochar para desenvolver sensores eletroquímicos sustentáveis e baratos

A utilização do biochar ativado, que é um material viável econômica e ambientalmente, para o desenvolvimento de sensores eletroquímicos simples e de baixo custo é a proposta de Cristiane Kalinke. A pesquisa, defendida no Programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal do Paraná (UFPR), conquistou o Prêmio Capes de Tese 2020 na área de Química. O resultado foi divulgado no dia 1º de outubro pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior.

Sensores eletroquímicos são dispositivos capazes de medir a concentração de determinada molécula ou composto presente em um ambiente. Um exemplo de sensor eletroquímico comum no dia a dia é o glicosímetro, utilizado para o monitoramento de glicose em pessoas com diabetes. Em seu trabalho, Cristiane aproveitou as características do biochar para o desenvolvimento destes dispositivos. Inicialmente, o biochar surgiu como um fertilizante para melhoramento do solo, adsorção de contaminantes em solo e água, sequestro de carbono, entre outras aplicações. Devido a sua versatilidade e excelentes propriedades, atualmente vem sendo empregado em outras funções.

Trata-se de um material carbonáceo, rico em carbono, obtido a partir do processo de queima de diferentes tipos de biomassa e formando um biocarvão. “Como biomassa podem-se utilizar resíduos agrícolas e industriais, de origem vegetal ou animal. Isso torna o biochar um material interessantíssimo, tanto do ponto de vista ambiental, quanto econômico”, avalia a pesquisadora que escolheu sintetizar o biochar a partir de biomassa de farelo de mamona, resíduo industrial proveniente de indústrias de fabricação de óleo de mamona.

A pesquisadora utilizou o biochar sintetizado a partir de biomassa de farelo de mamona. Foto: JoaoBOliver no Pixabay

A proposta consiste em aplicar o biochar ao campo da eletroanalítica aproveitando sua característica sortiva, isto é, seu processo de interação superficial a uma espécie. Para melhorar a capacidade adsorvente do biochar, foram avaliados diferentes tipos de ativação química, ou seja, tratamentos do material na presença de compostos químicos. “Esses tratamentos visam oxidar a superfície do material, aumentando a área superficial, a porosidade e até inserindo grupos funcionais na superfície, o que facilita a adsorção física e interações químicas do biochar com outras espécies”, explica Cristiane.

Apesar de esse tipo de tratamento ser comum em materiais à base de carbono, o biochar quimicamente ativado ainda não era empregado no desenvolvimento de sensores eletroquímicos. Os dispositivos foram construídos de maneira simples e econômica a partir da utilização de uma pasta de carbono preparada com óleo mineral, grafite e biochar. A pasta foi inserida em um suporte plástico de PVC (foram usados palitos de pirulito) e compactada com uma haste de cobre, que serviu como êmbolo e para fazer o contato elétrico entre o sensor e o equipamento de medida.

“Com isso, foi possível explorar a capacidade de adsorção química e física do biochar frente a outras espécies”, conta a pesquisadora. Ela explica que o eletrodo era deixado em contato com uma solução da espécie selecionada durante determinado tempo para que a interação entre a espécie e a superfície do biochar ocorresse. Em seguida, o eletrodo era acoplado à célula eletroquímica e conectado ao equipamento utilizado para a realização das medidas eletroquímicas, sendo possível a quantificação da espécie em função da sua concentração em solução.

O sensor foi aplicado em cinco diferentes estratégias: determinação de níquel em amostras de bioetanol e água residuária; determinação de ácido cafeico em diferentes tipos de vinho; determinação não-enzimática de glicose utilizando um sistema microfluídico; determinação enzimática de glicose em amostras de soro sanguíneo; e distinção e detecção de três compostos fenólicos, utilizando uma língua eletrônica.

Resultados

Cristiane afirma que a aplicação de biochar ativado como modificador de eletrodos apresentou baixo custo e simplicidade. “O sensor desenvolvido proporcionou excelente capacidade sortiva e potencialidade para a determinação de diferentes espécies em diferentes tipos de amostras”.

Para a pesquisadora, o biochar é uma ótima alternativa para a produção desses dispositivos principalmente por ser sustentável e ambientalmente amigável. “Essa busca por materiais que poluam o mínimo possível o ambiente é crescente. Vemos pesquisas acadêmicas não somente de sensores eletroquímicos à base de biochar, mas também de células a combustível e baterias para geração de energia mais limpa. Por mais simples que o material pareça, o retorno é sempre válido”, destaca.

O trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Sensores Eletroquímicos (LabSensE) da UFPR, orientado por Márcio Bergamini e co-orientado por Luiz Humberto Marcolino Junior , líder do LabSensE; ambos são professores do Departamento de Química da UFPR.

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