Aplicação de estruturas tridimensionais de ácido polilático (PLA) impregnadas com óxido de grafeno na adsorção de contaminantes

Abstract

RESUMO: As aplicações na área de Engenharia voltadas para a sustentabilidade têm adquirido crescente relevância no cenário contemporâneo, impulsionadas tanto pela transformação de hábitos quanto pela urgência e compromisso com a preservação ambiental. Nesse contexto, a impressão 3D emerge como uma tecnologia inovadora, caracterizada pela fabricação de produtos por meio da deposição sequencial de camadas de material, com destaque para o uso de polímeros. Dentre esses, o ácido polilático (PLA) tem sido amplamente comercializado na forma de filamentos e grânulos poliméricos. Paralelamente, os nanomateriais, em particular as nanoestruturas de carbono, têm se destacado como sistemas promissores para uma ampla gama de aplicações, especialmente em processos de adsorção, devido às suas propriedades físico-químicas únicas. Diante da crescente demanda global por água potável, a integração de práticas sustentáveis com o uso de nanomateriais à base de carbono representa um avanço significativo para a prevenção, controle e mitigação de contaminantes emergentes. Nesse cenário, o óxido de grafeno (GO) surge como um material de destaque, caracterizado por uma superfície específica ultragrande e carga superficial negativa, atributos que o tornam um adsorvente altamente eficiente. O GO pode ser sintetizado a partir da oxidação do grafite, e recentemente tem sido amplamente explorado em estudos de remediação de águas residuais por meio de tecnologias de adsorção. Neste estudo, foi desenvolvido um material formado a partir da combinação de GO sintetizado com PLA, o qual foi subsequentemente processado por impressão 3D para criar uma nova estrutura. Essa estrutura foi submetida a ensaios de adsorção em batelada, com foco na remoção de ibuprofeno (IBP). Os resultados obtidos demonstraram que o GO+PLA apresenta eficiência significativa na remoção de contaminantes, atingindo até 70% de remoção de IBP em um intervalo de tempo relativamente curto (30 minutos), em melhores condições de adsorção. Esses achados evidenciam o potencial do material como um adsorvente promissor, destacando sua aplicabilidade em diversas áreas de remediação de contaminantes emergentes, com vantagens associadas à sustentabilidade e eficiência. Desta forma, o GO+PLA configura-se como uma alternativa inovadora e viável para o desenvolvimento de tecnologias ambientalmente responsáveis no tratamento de águas contaminadas.

ABSTRACT: Applications in the field of Engineering focused on sustainability have gained increasing relevance in the contemporary scenario, driven both by changing habits and the urgency and commitment to environmental preservation. In this context, 3D printing emerges as an innovative technology, characterized by the fabrication of products through the sequential deposition of material layers, with a particular emphasis on the use of polymers. Among these, polylactic acid (PLA) has been widely commercialized in the form of polymeric filaments and granules. Concurrently, nanomaterials, particularly carbon nanostructures, have stood out as promising systems for a wide range of applications, especially in adsorption processes, due to their unique physicochemical properties. Given the growing global demand for potable water, the integration of sustainable practices with the use of carbon-based nanomaterials represents a significant advancement for the prevention, control, and mitigation of emerging contaminants. In this scenario, graphene oxide (GO) emerges as a prominent material, characterized by an ultra-large specific surface area and negative surface charge, attributes that make it a highly efficient adsorbent. GO can be synthesized from the oxidation of graphite and has recently been extensively explored in studies of wastewater remediation through adsorption technologies. In this study, a material was developed by combining synthesized GO with PLA, which was subsequently processed via 3D printing to create a new structure. This structure was subjected to batch adsorption tests, focusing on the removal of ibuprofen (IBP). The results demonstrated that GO+PLA exhibits significant efficiency in contaminant removal, achieving up to 70% IBP removal in a relatively short time (30 minutes) under optimal adsorption conditions. These findings highlight the material's potential as a promising adsorbent, emphasizing its applicability in various areas of emerging contaminant remediation, with advantages associated with sustainability and efficiency. Thus, GO+PLA establishes itself as an innovative and viable alternative for the development of environmentally responsible technologies in the treatment of contaminated water.