Aprendiendo de la naturaleza, los científicos del Centro para la Ciencia de Recursos Sostenibles en Japón y el Instituto Coreano de Ciencia Básica KBSI han encontrado un catalizador que transforma eficientemente el nitrato en nitrito, una reacción ambientalmente importante, sin requerir alta temperatura o acidez,y ahora he identificado el mecanismo que hace posible esta eficiencia. El nitrógeno es un elemento importante para varios procesos biológicos, pero a menudo es necesario convertirlo en una forma u otra, en un sistema conocido como el ciclo del nitrógeno. En la naturaleza, esto esgeneralmente llevada a cabo por bacterias y otros microorganismos, que pueden realizar la hazaña a temperatura ambiente y condiciones de pH suaves. Recientemente, el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados en respuesta al crecimiento de la población ha provocado una grave contaminación del agua debido a la presencia de nitrato NO3- iones en los fertilizantes. La escorrentía de la agricultura puede conducir a la contaminación por nitrato del agua potable y la eutrofización de lagos y pantanos, leadhiriéndose al crecimiento de algas.Como resultado, se ha vuelto necesario reducir la emisión de iones nitrato al medio ambiente.
La limpieza de aguas residuales con microbios se realiza actualmente, pero no siempre es posible hacerlo, ya que la concentración de nitrato puede hacer que los microorganismos no puedan sobrevivir. Ha habido intentos de crear catalizadores que puedan realizar la misma tarea realizada por las bacteriasDesafortunadamente, debido a la alta estabilidad del nitrato, estos costosos catalizadores de metales raros requieren alta temperatura, fotólisis ultravioleta o ambientes fuertemente ácidos. Por lo tanto, el desarrollo de catalizadores que puedan realizar la transformación a temperatura ambiente a bajo costo fue un objetivo importante de la investigación.
Recientemente, un equipo internacional dirigido por Ryuhei Nakamura del Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles CSRS, decidió intentar usar el mismo método que la nitrato reductasa, una enzima utilizada por microorganismos, y logró sintetizar químicamente el molibdeno que contiene oxosulfuro, que fue capaz de catalizar nitrato en nitrito en un electrolito acuoso a pH neutro.
Ahora, en una investigación publicada en Edición internacional Angewandte Chemie , han utilizado una variedad de métodos para determinar que su catalizador contiene un sitio activo de reacción similar al que se encuentra en la nitrato reductasa natural. Identificaron el sulfuro de molibdeno que contiene oxo como un candidato prometedor, y sabían que funcionaba mejor queotros catalizadores, pero no sabían por qué. Pasaron a estudiarlo observando especies químicas en su superficie en presencia de un agente reductor, en este caso iones de ditionito, usando espectroscopía molecular espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica EPRy espectroscopía Raman. "Hicimos una hipótesis", dice el primer autor Yamei Li, quien hizo el trabajo en RIKEN CSRS y actualmente en el Instituto de Tecnología de Tokio, "que los catalizadores de sulfuro de oxo-molibdeno pueden tener sitios activos similares a los de las enzimas.Para probar esta hipótesis, intentamos rastrear cómo las especies químicas en la superficie del catalizador cambian usando la espectroscopía molecular ".
Su principal hallazgo fue que el molibdeno pentavalente con ligandos de oxígeno, uno de los productos intermedios, funcionó como una especie activa que aceleró la reacción, y mostró que esta especie activa tiene una estructura similar al núcleo activo de la nitrato reductasa natural.Sus estudios utilizando la espectroscopía EPR confirmaron esto, al encontrar que el oxígeno y el azufre, los ligandos del molibdeno también juegan un papel importante en la producción eficiente de las especies pentavalentes de oxo-molibdeno en la superficie del catalizador.
Según Nakamura, "este resultado muestra que los iones nitrato pueden desintoxicarse en un ambiente templado sin depender de catalizadores de metales raros. Esperamos que esto haga posible el desarrollo de una nueva tecnología para sintetizar amoníaco a partir de residuos líquidos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :