Filtro PFAS de un molino de bolas
Un equipo de investigadores está desarrollando un material respetuoso con el medio ambiente que podría ayudar a eliminar estas "sustancias químicas eternas
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Los PFAS son compuestos fluorados que se encuentran en muchos productos cotidianos, como la ropa de exterior y utensilios de cocina como las sartenes de teflón. Esto se debe a que los PFAS son duraderos, resistentes al calor y repelen la suciedad. Su estabilidad es precisamente lo que genera problemas: aunque potencialmente nocivas para nuestra salud, estas sustancias apenas se descomponen en el medio ambiente y se consideran "sustancias químicas para siempre". Los PFAS también se encuentran en las aguas residuales. Aunque pueden eliminarse por filtración, se trata de un proceso laborioso. Un equipo dirigido por el Instituto Federal de Investigación y Ensayo de Materiales (BAM) ha desarrollado ahora un nuevo material filtrante basado en una técnica de producción poco habitual. En la fuente de rayos X PETRA III del DESY se llevaron a cabo experimentos cruciales para optimizar el proceso. El grupo de trabajo presenta sus resultados en la revista small.
Los candidatos a este nuevo material filtrante se conocen como "marcos orgánicos covalentes". Los poros de estos COF tienen apenas unos nanómetros de diámetro, de modo que las moléculas de PFAS quedan literalmente atrapadas en su interior. Los andamios a nanoescala pueden fabricarse mediante una técnica original: moliéndolos en un tipo especial de molino. En el laboratorio utilizamos un pequeño cilindro de plástico del tamaño de un bote de película", explica Franziska Emmerling, investigadora del BAM. En él colocamos un poco de polvo, una gota de disolvente y dos bolas de acero del tamaño de un grano de pimienta".
A continuación, un dispositivo especial agita este molino de bolas de un lado a otro más de 30 veces por segundo, con lo que se tritura su contenido. Al principio, los gránulos de polvo se hacen más pequeños, lo que aumenta su superficie. Al cabo de unos minutos, el calor generado por la fricción, el aumento de la presión y la energía cinética inician una reacción química. Las partículas finamente molidas se combinan para formar estructuras más grandes, andamios que pueden actuar como filtro. Esta rama poco conocida de la fabricación química se denomina mecanoquímica.
En realidad es una historia bastante antigua. Probablemente, la mecanoquímica ya desempeñaba un papel en la antigüedad", afirma Martin Etter, físico del DESY. Se supone que las primeras sustancias farmacéuticas para medicamentos se liberaban o incluso se formaban en reacciones químicas al moler materia vegetal en un mortero". Hoy en día, los procesos mecanoquímicos se utilizan en la industria para sintetizar fármacos, catalizadores y materiales funcionales. Como normalmente no necesitan grandes cantidades de disolventes tóxicos y requieren comparativamente poca energía, estos métodos se consideran sostenibles y respetuosos con el medio ambiente.
Pero, ¿cuál es la forma más eficaz de producir las estructuras filtrantes utilizando un molino de bolas? Para averiguarlo, el grupo de investigación de Hamburgo estudió el proceso utilizando el haz de rayos X focalizado de alta intensidad producido por PETRA III. Mientras el molino estaba en funcionamiento, el haz escaneaba su contenido cada diez segundos y podía determinar la estructura de los cristales. El patrón producido por los dos materiales de partida en nuestro detector es diferente del de la sustancia química formada por la reacción química", explica Etter. Pudimos observar, en tiempo real, cómo los patrones de los dos productos químicos de partida se debilitaban cada vez más, mientras que al mismo tiempo empezaba a aparecer el patrón del nuevo producto químico, el de las estructuras marco".
Para determinar los parámetros óptimos del proceso, el equipo varió varios factores, como la frecuencia de agitación del molino de bolas y la cantidad de disolvente añadido. Los resultados mostraron que los mejores andamiajes se obtenían con una frecuencia de 36 hercios, utilizando 266 miligramos de polvo y añadiendo 250 microlitros de disolvente, apenas unas gotas. A diferencia de otras estructuras marco ya utilizadas como filtros, el nuevo material no contiene metales pesados, por lo que sería más respetuoso con el medio ambiente.
Aunque aún no está claro cómo podrían fabricarse los posibles filtros de PFAS a escala industrial, Martin Etter ya tiene algunas ideas sobre dónde podrían llegar a utilizarse. Por ejemplo, en las plantas de tratamiento de aguas residuales de las empresas que producen sustancias químicas PFAS", explica el físico. Y quizá algún día puedan integrarse en los grifos normales para filtrar el agua potable".
La investigación en mecanoquímica continuará en el DESY. Los expertos tienen grandes esperanzas puestas en PETRA IV, el sucesor previsto de la fuente de rayos X actual. PETRA IV emitirá un haz de rayos X mucho más fino y estrechamente colimado, lo que debería acelerar considerablemente las mediciones. Esto significa que no sólo podremos tomar una imagen cada diez segundos, sino diez imágenes por segundo", afirma Etter con entusiasmo. Y eso nos permitiría, por ejemplo, observar procesos químicos que tienen lugar muy rápidamente y en los que se forman estructuras intermedias de corta vida".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Maroof Arshadul Hoque, Thomas Sommerfeld, Jan Lisec, Prasenjit Das, Carsten Prinz, Christian Heinekamp, Tomislav Stolar, Martin Etter, David Rosenberger, Janine George, Biswajit Bhattacharya, Franziska Emmerling; "Mechanochemically Synthesized Covalent Organic Framework Effectively Captures PFAS Contaminants"; Small, 2025-9-18
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