Hidroxiapatita modificada com benzoato de sódio para remoção aprimorada de corantes usando uma abordagem combinada experimental e DFT

Removendo Cor da Água Contaminada

Ao redor do mundo, corantes industriais vívidos que tornam nossas roupas, comprimidos e cosméticos tão atraentes estão silenciosamente tingindo rios e lagos. Muitos desses corantes não se degradam facilmente e podem prejudicar peixes, ecossistemas e até a saúde humana. Este artigo investiga um novo material de baixo custo inspirado no mineral dos ossos que pode extrair de forma eficiente um corante azul comum da água, apontando para opções de tratamento mais simples para águas residuais contaminadas por corantes.

Emprestando Ideias dos Ossos

O ingrediente central deste estudo é a hidroxiapatita, um mineral que compõe grande parte dos nossos ossos e dentes. Por ser rico em cálcio e fosfato e já amplamente usado na medicina, é considerado seguro, barato e fácil de produzir. Cientistas perceberam recentemente que esse mineral também pode atuar como uma pequena esponja para muitos poluentes da água, especialmente metais e alguns compostos orgânicos. No entanto, sua superfície natural não é perfeita para capturar moléculas de corante mais persistentes, então a equipe buscou uma maneira de “atualizá-la” sem perder seu baixo custo e caráter ambientalmente amigável.

Dando ao Mineral um Revestimento Inteligente

Os pesquisadores modificaram a hidroxiapatita ligando benzoato de sódio, um composto simples e barato frequentemente usado como conservante alimentar. Eles misturaram os blocos de construção do mineral com diferentes quantidades de benzoato de sódio (5%, 10% e 15% em massa) durante a síntese para que os grupos orgânicos ficassem parte da superfície. Um conjunto de técnicas — difração de raios X, espectroscopia no infravermelho, microscopia eletrônica e análise térmica — mostrou que a estrutura cristalina do tipo ósseo permaneceu intacta, enquanto a superfície se tornou mais porosa, mais ordenada e mais resistente ao calor. Em outras palavras, o mineral manteve seu esqueleto robusto, mas ganhou uma camada ativa rica em grupos carregados negativamente que podem atrair moléculas de corante carregadas positivamente.

Colocando o Novo Material em Prática

Para testar o desempenho, a equipe concentrou-se no azul de metileno, um corante azul amplamente utilizado, conhecido por sua persistência e potenciais riscos à saúde. Eles agitaram os pós modificados e não modificados em soluções de corante sob condições controladas e acompanharam quanto da cor desaparecia da água. O melhor material, contendo 15% de benzoato de sódio, removeu cerca de 90% do corante e armazenou aproximadamente dois terços a mais de corante por grama do que a hidroxiapatita pura. Testes em diferentes valores de pH mostraram que o revestimento de benzoato de sódio torna as superfícies das partículas mais carregadas negativamente em condições típicas de tratamento, o que atrai fortemente o corante carregado positivamente. Experimentos ao longo do tempo revelaram que a maior parte da remoção ocorre nos primeiros 20 minutos e segue um padrão consistente com uma ligação controlada, do tipo químico, em vez de uma aderência fraca e reversível.

Observando as Interações Invisíveis

Para entender por que o revestimento funciona tão bem, os pesquisadores usaram cálculos avançados baseados em química quântica. Essas simulações examinaram como os elétrons estão distribuídos dentro da molécula de benzoato de sódio e como ela se posiciona na superfície da hidroxiapatita. Os resultados indicam que a porção carboxilato do benzoato de sódio forma interações fortes, mas não destrutivas, com sítios de cálcio no mineral. Esse ancoramento cria manchas negativas estáveis e anéis aromáticos que, em conjunto, favorecem forte atração eletrostática e interações de empilhamento com as moléculas de azul de metileno. Modelos teóricos da absorção do corante casaram-se com os experimentos, sugerindo que as moléculas de corante formam uma camada ordenada de uma molécula de espessura na superfície modificada, em vez de se acumularem de forma desordenada.

Rumo a Águas Mais Limpas com Pós Simples

Em termos cotidianos, o estudo mostra que dar a um mineral tipo osso um fino revestimento “conservante” o transforma em uma esponja poderosa para cor: ele retira rapidamente moléculas de corante da água, as retém firmemente em uma única camada na superfície e permanece estável sob calor e em condições alcalinas. Como ambos os ingredientes — hidroxiapatita e benzoato de sódio — são baratos e já considerados seguros, essa abordagem poderia ser escalada para tratar águas residuais carregadas de corantes da indústria têxtil, farmacêutica e de outros setores, ajudando a devolver água mais clara e segura a rios e lagos.

Citação: Boukra, A., Boukra, O., Latifi, S. et al. Innovative sodium benzoate-modified hydroxyapatite for enhanced dye removal using a combined experimental and DFT approach. Sci Rep 16, 9870 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39075-5

Palavras-chave: tratamento de águas residuais, adsorção de corantes, hidroxiapatita, azul de metileno, benzoato de sódio