El filtro del glifosato
Una nueva clase de materiales elimina de forma selectiva y eficaz los herbicidas de las aguas subterráneas
El agua potable limpia es esencial. Por eso, un equipo internacional de investigación dirigido por Dominik Eder ha demostrado ahora cómo se pueden liberar eficazmente las aguas subterráneas de contaminantes como el glifosato.
Esquema de un MOF
Shaghayegh Naghdi
El agua potable contaminada supone una grave amenaza para nuestra salud. Sin embargo, diversos contaminantes como pesticidas, herbicidas, hormonas, medicamentos y otros compuestos químicos no pueden eliminarse completamente de las aguas subterráneas con los métodos actualmente disponibles. Al mismo tiempo, la contaminación por estas sustancias no deja de aumentar. Un ejemplo actual es el glifosato, que se utiliza en todo el mundo para el control de las malas hierbas y plantea peligros potenciales para los seres humanos y el medio ambiente.
Un equipo dirigido por Dominik Eder (Universidad Técnica de Viena, Instituto de Química de Materiales) ha desarrollado una nueva clase de materiales, los llamados marcos metalorgánicos (MOF), que pueden utilizarse para eliminar de forma selectiva y eficaz el herbicida glifosato de las aguas subterráneas. Los investigadores acaban de publicar sus resultados en la revista científica "Advanced Functional Materials".
Pequeño volumen, gran superficie
Los MOF son materiales formados por minúsculos grupos de óxidos metálicos conectados por moléculas orgánicas para formar una red esponjosa de gran porosidad. Tienen una superficie extremadamente grande, de hasta 7000 m²/g. "Esto significa que en un gramo de MOF cabe un campo de fútbol entero", explica Dominik Eder. "En consecuencia, muchas moléculas pueden adsorberse dentro de los poros, lo que convierte a los MOF en materiales ideales para capturar directamente moléculas del aire y del agua, comoCO2, sales inorgánicas y contaminantes orgánicos".
Lo especial de los MOF es que pueden personalizarse en función de la aplicación. Shaghayegh Naghdi, autor principal del estudio, explica: "Piense en los MOF como en un gran edificio formado por pequeños bloques individuales. Cada bloque está formado por átomos metálicos o moléculas orgánicas y se unen como un puzzle para conseguir las funciones deseadas".
Mesoporos para moléculas grandes
Sin embargo, una limitación crucial de los MOF para su uso en medios líquidos es la accesibilidad de los sitios activos en el interior del material, donde tienen lugar los procesos de adsorción y las reacciones químicas. Para alcanzar estos sitios, las moléculas objetivo deben difundirse a través de microporos con diámetros inferiores a 1 nanómetro, que suele ser el tamaño de las propias moléculas. En medios líquidos, las moléculas de disolvente pueden ralentizar considerablemente este proceso de difusión y obstruir los poros.
Para resolver este problema, el grupo de investigación ha desarrollado una estrategia para incorporar a los MOF poros adicionales con un diámetro de hasta 10 nanómetros, los llamados mesoporos. ¿Cómo funciona? "Quemamos selectivamente una parte determinada de las moléculas de compuestos orgánicos", explica Naghdi. "Sin embargo, tenemos que hacerlo con mucho cuidado, para evitar el colapso de la estructura general de microporos". El equipo ya ha probado esta estrategia para diversas aplicaciones en medios líquidos.
Eliminación eficaz del glifosato
En colaboración con investigadores de la Universidad de Columbia Británica del Norte (Canadá), el equipo de Dominik Eder investigó finalmente la adsorción de glifosato de las aguas subterráneas. Sorprendentemente, el nuevo material fue capaz de eliminar tres veces más glifosato en sólo un 20% del tiempo que el mejor adsorbente actual.
Con ayuda de simulaciones por ordenador realizadas en el Technion de Israel, el grupo también descubrió que la eliminación de los enlazadores orgánicos crea nuevos sitios metálicos. Éstos permiten la formación de enlaces químicos con el glifosato y, por tanto, una difusión más rápida de la molécula diana. Estos enlaces son lo suficientemente fuertes como para adsorber glifosato y compuestos orgánicos similares con gran rapidez y eficacia. Sin embargo, son lo bastante débiles como para eliminar el glifosato cuantitativamente con una simple solución salina de cloruro sódico, de modo que estos MOF pueden utilizarse varias veces", explica Dominik Eder.
El grupo de investigación tiene previsto desarrollar otros MOF que puedan utilizarse para adsorber o convertir otros contaminantes.
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Publicación original
Naghdi, S., Brown, E., Zendehbad, M., Duong, A., Ipsmiller, W., Biswas, S., ... & Eder, D. (2023). Glyphosate Adsorption from Water Using Hierarchically Porous Metal–Organic Frameworks, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster. Advanced Functional Materials, 2213862.
Naghdi, S., Cherevan, A., Giesriegl, A., Guillet-Nicolas, R., Biswas, S., Gupta, T., ... & Eder, D. (2022). Selective ligand removal to improve accessibility of active sites in hierarchical MOFs for heterogeneous photocatalysis., öffnet eine externe URL in einem neuen FensterNature Communications, 13(1), 282.
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