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Mesmo os melhores filtros de água deixam passar algumas coisas, mas projetar materiais aprimorados e depois testá-los é demorado e difícil. Agora, pesquisadores da ACS Ciência Central relatam que a inteligência artificial (IA) pode acelerar o desenvolvimento de materiais promissores. Em um estudo de prova de conceito, eles simularam diferentes padrões de grupos que atraem e repelem a água que revestem a membrana porosa de um filtro e encontraram arranjos ideais que devem deixar a água passar facilmente e retardar alguns contaminantes.
Os sistemas de filtragem, desde acessórios de torneira até sistemas industriais do tamanho de uma sala, limpam a água para beber e outros usos. No entanto, as membranas de filtragem atuais têm dificuldade se a água estiver extremamente suja ou tiver moléculas pequenas e neutras, como o ácido bórico – um inseticida comum usado em plantas cultivadas. Isso ocorre porque os materiais porosos sintéticos são geralmente limitados à classificação de compostos por tamanho ou carga. Mas as membranas biológicas têm poros feitos de proteínas, como a aquaporina, que podem separar a água de outras moléculas por tamanho e carga por causa dos diferentes tipos de grupos funcionais, ou coleções de átomos, que revestem os canais. Inspirados a fazer o mesmo com um material poroso sintético, M. Scott Shell e seus colegas queriam usar computadores para projetar o interior de um poro de nanotubo de carbono para filtrar a água contendo ácido bórico.
Os pesquisadores simularam um canal de nanotubo de carbono com grupos hidroxila (atraem a água) e/ou metil (repelem a água) amarrados a cada átomo na parede interna. Em seguida, eles projetaram e testaram milhares de padrões de grupos funcionais com algoritmos de otimização e aprendizado de máquina, um tipo de IA, para avaliar a rapidez com que a água e o ácido bórico passariam pelo poro. Aqui está o que eles encontraram:
- Os padrões ideais tinham uma ou duas fileiras de grupos hidroxila intercalados entre grupos metil, formando anéis ao redor da seção central do poro.
- Nessas simulações, a água passou pelo poro quase duas vezes mais rápido que o ácido bórico.
- Outra série de simulações mostrou que outros solutos neutros, incluindo fenol, benzeno e isopropanol, também podem se separar da água com os designs de nanotubos de carbono otimizados.
Este estudo demonstra a utilidade da IA para o desenvolvimento de membranas de purificação de água com novas propriedades, dizem os pesquisadores, e pode formar a base de um novo tipo de sistema de filtro. Eles acrescentam que a abordagem pode ser adaptada para projetar superfícies que possam ter interações únicas com água ou outras moléculas, como revestimentos que resistem à incrustação.
Os autores reconhecem o financiamento do Departamento de Energia dos EUA (através do Centro de Materiais para Sistemas de Água e Energia (M-WET), um Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia) com apoio adicional da Fundação Nacional de Ciências dos EUA, do California NanoSystems Institute, do Materials Research Science and Engineering Center e uma Bolsa de Pesquisa de Pós-Graduação da National Science Foundation.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por American Chemical Society. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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