Desenvolvimento de eletrodos de óxido de grafeno a partir de carvão mineral catarinense para aplicação em células de combustíveis microbiológicas: produção de energia limpa e valorização de resíduos

Abstract

A pesquisa apresentada aborda o desenvolvimento de eletrodos de óxido de grafeno (OG) e óxido de grafeno reduzido (rOG) a partir de carvão mineral catarinense, com o intuito de aplicá-los em Células de Combustível Microbianas (CCMs). Esses dispositivos são focados na produção de energia sustentável e atuam simultaneamente no tratamento de efluentes, convertendo a atividade metabólica de microrganismos em eletricidade. O objetivo central do trabalho consistiu em modificar tecidos de carbono convencionais para otimizar a transferência de elétrons e favorecer a adesão de biofilmes bacterianos. Durante a fase experimental, o tecido de carbono passou por processos de limpeza e pré-umedecimento que se mostraram fundamentais para garantir a aderência do filme depositado. Em seguida, foram aplicadas reduções químicas, utilizando L-cisteína, e reduções eletroquímicas, além do uso de politetrafluoretileno (PTFE), que foi essencial para reter as partículas derivadas do carvão mineral e impedir que atravessassem a malha do suporte. Os resultados das caracterizações comprovaram a eficácia das modificações. O ensaio de molhabilidade evidenciou que o tecido, originalmente hidrofóbico, tornou-se hidrofílico, característica ideal para a proliferação do biofilme no meio aquoso. A espectroscopia no infravermelho (FTIR) confirmou a alteração e diminuição dos grupos funcionais oxigenados após os processos de redução. Nas análises de microscopia eletrônica (MEV) e composição por EDS, observou-se uma superfície mais enrugada nos eletrodos modificados e a presença de nitrogênio e enxofre naqueles submetidos à redução química. O comportamento eletroquímico, avaliado por voltametria cíclica, revelou que o eletrodo submetido à redução química com L-cisteína obteve o melhor desempenho, apresentando o maior pico de corrente anódica, chegando a aproximadamente 7 mA. Essa superioridade foi confirmada na prática: ao operar sete CCMs ao longo de 14 dias, a célula equipada com esse eletrodo alcançou uma voltagem máxima de 632 mV no sétimo dia e registrou a melhor média de operação geral. Conclui-se que a modificação do tecido de carbono foi bem-sucedida, melhorando sua resposta hidrofílica e eletroquímica, estabelecendo uma base sólida para as próximas etapas do projeto.