O Grupo de Pesquisa em Química dos Materiais Porosos (GPQMAP) da Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) é uma das referências nacionais no estudo e manipulação das estruturas conhecidas como metal-organic frameworks (MOFs), materiais cujos criadores foram reconhecidos com o Prêmio Nobel de Química de 2025.
As MOFs se tornaram destaque internacional a partir de três marcos científicos: em 1989, Richard Robson demonstrou o potencial da construção molecular de estruturas cristalinas; Susumu Kitagawa mostrou que essas redes podiam capturar gases em seus poros; e Omar Yaghi desenvolveu uma das MOFs mais importantes para o design de novos sistemas, abrindo caminho para estruturas mais robustas e amplamente aplicadas.
Liderado pela pesquisadora Charlane Cimini Corrêa, o grupo da UFJF trabalha desde 2013 tanto com MOFs já descritas na literatura quanto com estruturas inéditas. Segundo ela, a principal vantagem desses materiais metal-orgânicos é a alta porosidade, que permite capturar, armazenar e separar moléculas de forma seletiva.
As MOFs pertencem a uma classe especial de polímeros de coordenação — estruturas formadas por íons metálicos ligados a moléculas orgânicas, resultando em redes porosas capazes de abrigar gases, corantes e até proteínas. “Como é possível montar essas redes a partir da escolha de metais e ligantes, podemos variar suas dimensões e originar poros cada vez maiores”, explica Charlane.
Parcerias e inovação aplicada
O GPQMAP também atua na reprodução e escalonamento industrial dessas estruturas, um dos maiores desafios da área. “Não basta reproduzir uma MOF em laboratório, é preciso produzi-la em escala”, destaca a pesquisadora. Desde 2019, o grupo mantém parcerias com a Petrobras em projetos voltados à remoção de contaminantes sulfurados, em colaboração com outros dois grupos da UFJF: o Grupo de Físico-Química de Sólidos e Interfaces (GFQSI), liderado por Alexandre Leitão, responsável pela parte teórica, e o Grupo de Química Analítica e Quimiometria (GQAQ), coordenado por Marcone Oliveira.
Somente com os projetos vinculados à Petrobras, o GPQMAP já captou quase R$ 5 milhões em recursos. Com o investimento, o laboratório montou uma linha de adsorção de gases que permite medir a eficiência das MOFs no processo. “Conseguimos calcular o tempo de adsorção, a quantidade retida e o ponto de saturação. Também estudamos os ciclos de regeneração desses materiais e adquirimos um reator de grande escala, capaz de produzir 100 gramas de MOF por vez”, detalha Charlane.
MOFs no tratamento da água
A contaminação de corpos d’água por corantes industriais e metais pesados é um dos principais desafios ambientais atuais. Buscando soluções sustentáveis, o GPQMAP desenvolveu estruturas com redes cristalinas altamente porosas, semelhantes a esponjas em escala nanométrica, capazes de capturar poluentes específicos presentes na água.
Em um dos estudos, intitulado Metal–organic frameworks for high-performance removal of sunset yellow dye: Combined Box-Behnken design and theoretical insights into adsorption, o grupo testou duas MOFs de alta estabilidade química na remoção do corante Sunset Yellow, amplamente usado na indústria. As análises mostraram taxas de remoção superiores a 99%, com manutenção da estrutura após vários ciclos de uso e liberação insignificante de metais — fatores que reforçam seu potencial para o tratamento de efluentes.
Outro trabalho, An anionic-MOF based on Co2+ and an alkane tetracarboxylate ligand exhibiting Ni2+ ion-exchange behavior, desenvolveu uma MOF aniônica à base de cobalto, capaz de trocar cátions dimetilamônio por íons de níquel, removendo metais pesados de águas residuais. Os testes mostraram alta seletividade e eficiência, com possibilidade de regeneração dos materiais por temperatura, pressão ou troca de solvente.
Avanços e perspectivas
Os resultados ampliam o repertório de MOFs com aplicação ambiental e reforçam seu papel como materiais sustentáveis e multifuncionais. “Estamos, inclusive, trabalhando no registro de uma patente junto ao Critt. A nossa MOF, voltada à adsorção de metais em cachaça, deve se chamar UFJF-01. Assim que concluirmos o processo, vamos publicar os resultados”, revela Charlane. O projeto é desenvolvido em parceria com o professor Rafael Arromba, do Departamento de Química.
O grupo também atua, em colaboração com o professor Gustavo Andrade (DQ), na combinação de MOFs com nanopartículas metálicas, visando potencializar suas propriedades para o desenvolvimento de sensores de pesticidas.
Essas pesquisas representam um avanço significativo para a química de materiais e a engenharia ambiental, contribuindo para a criação de tecnologias limpas e soluções de economia circular voltadas à preservação dos recursos hídricos.
*Texto reescrito com o auxílio do Chat GPT e revisado por nossa equipe