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Uma equipe de químicos desenvolveu um método totalmente novo para gerar fluoroquímicos de importância crítica que contorna o perigoso gás fluoreto de hidrogênio (HF). As conclusões, publicadas hoje na Ciênciapoderia ter um impacto imenso na melhoria da segurança e da pegada de carbono de uma indústria global em crescimento.
Fluoroquímicos são um grupo de produtos químicos que têm uma ampla gama de aplicações importantes – incluindo polímeros, agroquímicos, produtos farmacêuticos e baterias de íon-lítio em smartphones e carros elétricos – com um mercado global de US$ 21,4 bilhões em 2018. Atualmente, todos os fluorquímicos são gerados a partir do gás tóxico e corrosivo fluoreto de hidrogênio (HF) em um processo altamente intensivo em energia. Apesar dos rigorosos regulamentos de segurança, os derramamentos de HF ocorreram inúmeras vezes nas últimas décadas, às vezes com acidentes fatais e efeitos ambientais prejudiciais.
Para desenvolver uma abordagem mais segura, uma equipe de químicos da Universidade de Oxford, juntamente com colegas da FluoRok, da University College London e da Colorado State University, inspiraram-se no processo natural de biomineralização que forma dentes e ossos. Normalmente, o próprio HF é produzido pela reação de um mineral cristalino chamado espatoflúor (CaF2) com ácido sulfúrico em condições adversas, antes de ser usado para fazer produtos químicos fluorados. No novo método, os fluoroquímicos são feitos diretamente do CaF2ignorando completamente a produção de HF: uma conquista que os químicos buscam há décadas.
No novo método, CaF de estado sólido2 é ativado por um processo inspirado na biomineralização, que imita a forma como os minerais de fosfato de cálcio se formam biologicamente nos dentes e ossos. O terreno da equipe CaF2 com sal de fosfato de potássio em pó em um moinho de bolas por várias horas, usando um processo mecanoquímico que evoluiu da maneira tradicional de moer especiarias com pilão e almofariz.
O produto em pó resultante, chamado Fluoromix, permitiu a síntese de mais de 50 fluoroquímicos diferentes diretamente do CaF2 , com até 98% de rendimento. O método desenvolvido tem o potencial de simplificar a atual cadeia de abastecimento e diminuir os requisitos de energia, ajudando a atingir futuras metas de sustentabilidade e reduzir a pegada de carbono da indústria.
O interessante é que o processo de estado sólido desenvolvido foi tão eficaz com espatoflúor de grau ácido (> 97%, CaF2) como foi com CaF grau reagente sintético2. O processo representa uma mudança de paradigma para a fabricação de produtos químicos fluorados em todo o mundo e levou à criação da FluoRok, uma empresa spin-out com foco na comercialização dessa tecnologia e no desenvolvimento de fluorações seguras, sustentáveis e econômicas. Os pesquisadores esperam que este estudo encoraje cientistas de todo o mundo a fornecer soluções disruptivas para problemas químicos desafiadores, com a perspectiva de benefício social.
Calum Patel, do Departamento de Química da Universidade de Oxford e um dos principais autores do estudo, diz:
‘Ativação mecanoquímica de CaF2 com um sal de fosfato foi uma invenção empolgante porque esse processo aparentemente simples representa uma solução altamente eficaz para um problema complexo; no entanto, grandes questões sobre como essa reação funcionou permaneceram. A colaboração foi fundamental para responder a essas perguntas e avançar nossa compreensão dessa nova e inexplorada área da química do flúor. Soluções bem-sucedidas para grandes desafios vêm de abordagens e conhecimentos multidisciplinares, acho que o trabalho realmente capta a importância disso.’
A autora principal, Professora Véronique Gouverneur FRS, do Departamento de Química da Universidade de Oxford, que concebeu e liderou este estudo, diz:
‘O uso direto de CaF2 pois a fluoração é um santo graal no campo, e uma solução para esse problema tem sido buscada por décadas. A transição para métodos sustentáveis de fabricação de produtos químicos, com impacto reduzido ou inexistente no meio ambiente, é hoje uma meta de alta prioridade que pode ser acelerada com programas ambiciosos e um repensar total dos processos de fabricação atuais. Este estudo representa um passo importante nessa direção porque o método desenvolvido em Oxford tem potencial para ser implementado em qualquer lugar na academia e na indústria, minimizar as emissões de carbono, por exemplo, encurtando as cadeias de abastecimento e oferecer maior confiabilidade à luz da fragilidade das cadeias de abastecimento globais.’
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