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Nanopartículas

Nanopartículas são partículas extremamente pequenas com dimensões tipicamente medidas em nanômetros (nm), onde um nanômetro é igual a um bilionésimo de metro (10^-9 metros).

As nanopartículas possuem propriedades e comportamentos únicos em comparação com suas contrapartes em massa devido ao seu pequeno tamanho e alta razão de área de superfície para volume, o que lhes permite interagir com outras moléculas mais facilmente do que partículas maiores. Isso as torna úteis para uma variedade de aplicações, como entrega de medicamentos, cosméticos e eletrônicos.

Alguns tipos comuns de nanopartículas incluem:
  • Nanopartículas semicondutoras, incluindo pontos quânticos: Elas possuem propriedades ópticas únicas que as tornam úteis para aplicações como células solares, entrega de medicamentos, eletrônicos e imagem biológica. Exemplos: nanopartículas de óxido de zinco (ZnO NPs) ou de silício (SiNPs).
  • Nanopartículas metálicas: Estas nanopartículas são feitas de metais, como ouro, prata e cobre. Elas são usadas em uma variedade de aplicações, incluindo eletrônicos, catálise e medicina.
  • Nanotubos de carbono: Estas nanopartículas são feitas de átomos de carbono dispostos em forma cilíndrica. São muito fortes e leves, sendo utilizadas em várias aplicações, como eletrônicos, compósitos e entrega de medicamentos.
  • Nanopartículas poliméricas: Estas nanopartículas são feitas de polímeros, como poliestireno e ácido polilático. São usadas em várias aplicações, como entrega de medicamentos, cosméticos e embalagens de alimentos.
Existem muitos métodos diferentes para produzir nanopartículas onde a separação gás/sólido é necessária. Alguns dos métodos mais comuns incluem:
  • Pirólise por atomização: quando um metal ou sal metálico é pulverizado em uma chama, onde se vaporiza e depois condensa para formar nanopartículas.
  • Deposição química de vapor (CVD): onde o vapor do material (por exemplo, ZnO) é gerado e depois condensado para formar nanopartículas.
  • Descarga de arco: onde um arco elétrico é criado entre dois eletrodos, que vaporiza os eletrodos e forma nanopartículas.
  • Abalação a laser: quando um laser é usado para ablar um metal ou sal metálico, que vaporiza e depois condensa para formar nanopartículas.
  • Síntese sonoquímica: quando ondas de ultrassom são usadas para quebrar um metal ou sal metálico em nanopartículas.
As nanopartículas apresentam vários desafios para a separação gás/sólido. As nanopartículas são muito pequenas, o que as torna difíceis de capturar com ciclones comuns e outros separadores mecânicos. As nanopartículas podem facilmente passar pelos poros dos filtros de mangas ou entupir os elementos filtrantes. Elas também podem alterar suas características e degradar ao permanecer nos filtros – um problema comum aos precipitadores eletrostáticos. Finalmente, os scrubbers humidos apresentam ainda mais problemas se as nanopartículas forem solúveis ou degradarem na fase líquida.

As soluções da ACS incluem ciclones com recirculação eletrostática (ReCyclone EH), que permitem a captura direta das partículas, evitando a degradação e agregação das partículas, utilizando a recirculação eletrostática. O ReCyclone EH demonstrou eficiências superiores a 95% para capturar nanopartículas de ZnO com um tamanho médio de ~1 μm (Estudo de Caso) e mais de 90% para capturar nanopartículas de silício de 20-30nm (Artigo da NASA - Páginas 32, 33 e 34).