Limpiar los contaminantes del agua con un filtro defectuoso parece no ser un iniciador, pero un estudio reciente realizado por ingenieros químicos de la Universidad de Rice descubrió que los defectos del tamaño correcto ayudaron a un tamiz molecular a absorber más ácido perfluorooctanosulfónico PFOS en menos tiempo.
En un estudio en la revista American Chemical Society ACS Química e Ingeniería Sostenibles , los investigadores de la Universidad de Rice Michael Wong, Chelsea Clark y sus colegas demostraron que un nanomaterial similar a un queso suizo altamente poroso llamado marco metal-orgánico MOF fue más rápido en absorber PFOS del agua contaminada y que podría contener más PFOS, cuando se incorporaron agujeros de tamaño nanométrico adicionales "defectos" en el MOF.
PFOS se usó durante décadas en productos de consumo como telas resistentes a las manchas y es el miembro más conocido de una familia de productos químicos tóxicos llamados "sustancias per y polifluoroalquilo" PFAS, que la Agencia de Protección Ambiental EPA describe como"muy persistente en el medio ambiente y en el cuerpo humano, lo que significa que no se descomponen y pueden acumularse con el tiempo".
Wong, profesor y presidente del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de Rice y profesor de química, dijo: "Estamos dando un paso en la dirección correcta hacia el desarrollo de materiales que puedan tratar eficazmente las aguas residuales industriales en las partes por mil millones ynivel de partes por millón de contaminación total de PFAS, que es muy difícil de hacer utilizando las tecnologías actuales como el carbón activado granular o los sistemas basados en lodos activados ".
Wong dijo que los MOF, estructuras tridimensionales que se autoensamblan cuando los iones metálicos interactúan con moléculas orgánicas llamadas enlazadores, parecían buenos candidatos para la remediación de PFAS porque son altamente porosos y se han utilizado para absorber y retener cantidades significativas de moléculas objetivo específicasen aplicaciones anteriores. Algunos MOF, por ejemplo, tienen un área de superficie mayor que un campo de fútbol por gramo, y se documentan más de 20,000 tipos de MOF. Además, los químicos pueden ajustar las propiedades de MOF, variando su estructura, tamaño de poro y funciones- jugando con la síntesis o la receta química que los produce.
Tal fue el caso con el sorbente PFAS de Rice. Clark, un estudiante graduado en el Laboratorio de Catálisis y Nanomateriales de Wong, comenzó con un MOF bien caracterizado llamado UiO-66, y realizó docenas de experimentos para ver cómo varias concentraciones de ácido clorhídrico cambiaron elpropiedades del producto final. Descubrió que podía introducir defectos estructurales de varios tamaños con el método, como hacer queso suizo con agujeros extra grandes.
"Los defectos de poros grandes son esencialmente sus propios sitios para la adsorción de PFOS a través de interacciones hidrófobas", dijo Clark. "Mejoran el comportamiento de adsorción al aumentar el espacio para las moléculas de PFOS".
Clark probó variantes de UiO-66 con diferentes tamaños y cantidades de defectos para determinar qué variedad absorbió la mayor cantidad de PFAS del agua muy contaminada en el menor tiempo posible.
"Creemos que la introducción de defectos aleatorios de poros grandes y al mismo tiempo mantener la mayoría de la estructura porosa jugó un papel importante en la mejora de la capacidad de adsorción del MOF", dijo. "Esto también mantuvo la rápida cinética de adsorción, que esmuy importante para aplicaciones de remediación de aguas residuales donde los tiempos de contacto son cortos "
Wong dijo que el enfoque del estudio en las concentraciones industriales de PFAS lo distingue de la mayoría del trabajo publicado anteriormente, que se ha centrado en limpiar el agua potable contaminada para cumplir con los estándares federales actuales de 70 partes por billón. Mientras que las tecnologías de tratamiento como el carbón activado y el intercambio de ioneslas resinas pueden ser efectivas para limpiar concentraciones de bajo nivel de PFAS del agua potable, son mucho menos efectivas para tratar desechos industriales de alta concentración.
Aunque el uso de PFAS ha estado fuertemente restringido por un tratado internacional desde 2009, los productos químicos todavía se usan en la fabricación de semiconductores y el cromado, donde las aguas residuales pueden contener hasta un gramo de PFAS por litro de agua, o alrededor de 14 mil millones de veces la corrienteLímite de la EPA para el agua potable segura.
"En general, para los materiales a base de carbono y las resinas de intercambio iónico, existe una compensación entre la capacidad de adsorción y la tasa de adsorción a medida que aumenta el tamaño de poro del material", dijo Wong. "En otras palabras, cuanto más PFASun material puede absorberse y atraparse, cuanto más tiempo se demora en llenarse. Además, se ha demostrado que los materiales a base de carbono son principalmente ineficaces para eliminar los PFAS de cadena más corta de las aguas residuales.
"Descubrimos que nuestro material combina una cinética de alta capacidad y de adsorción rápida y también es eficaz para perfluoroalquil sulfonatos de cadena larga y corta", dijo.
Wong dijo que es difícil superar los materiales a base de carbono en términos de costo porque el carbón activado ha sido un pilar para la filtración ambiental durante décadas.
"Pero es posible si los MOF se producen a una escala lo suficientemente grande", dijo. "Hay algunas compañías que buscan la producción a escala comercial de UiO-66, que es una razón por la que elegimos trabajar con esto en esteestudiar."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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