Los tintes sintéticos son ingredientes comunes en la industria textil, pero debido a su uso generalizado, a menudo encuentran su camino hacia los cuerpos de agua de las aguas residuales industriales, donde contaminan el agua y amenazan la seguridad del agua.

La eliminación de estos tintes contaminantes se puede lograr mediante adsorción, donde los tintes se acumulan en los poros de materiales altamente porosos que recogen los contaminantes del agua y los atrapan en los poros.

Dr. Dinesh Shetty, Profesor Asistente de Química, ha creado un sintonizable, Red polimérica bidimensional de un macrociclo orgánico llamado calixarenos que puede adsorber selectivamente los tintes tóxicos de las aguas residuales.

La Dra. Shetty es miembro del Centro de Catálisis y Separación de la Universidad de Khalifa (CeCaS), uno de los 18 centros de investigación especializados de KU. La investigación de CeCaS tiene como objetivo desarrollar soluciones prácticas a los desafíos de la ingeniería química que enfrentan varias industrias en la actualidad. En colaboración con investigadores de la Universidad de Nueva York en Abu Dhabi, El Dr. Shetty ha desarrollado una estructura novedosa que utiliza calixarenos para eliminar los tintes de manera selectiva y eficiente de las aguas residuales. Su trabajo fue publicado recientemente en la Revista de la Sociedad Química Estadounidense y apareció como artículo de portada.

Los calixarenos son moléculas orgánicas en forma de cuenco que constan de cavidades hidrófobas definidas. Esta característica única permite la química huésped-huésped en la que los calixarenos actúan como huésped de moléculas pequeñas y / o iones.

"Las moléculas de calixareno se han explotado ampliamente como bloques de construcción supramoleculares versátiles, "explicó el Dr. Shetty." Esto se debe a su capacidad para adoptar diferentes conformaciones, que se refiere a la disposición espacial de los átomos en una molécula, y la relativa facilidad con la que se pueden funcionalizar, que se refiere a la facilidad con la que un calixareno puede asumir nuevas funciones, características, capacidades, o propiedades cambiando la química de su superficie ".

Esto es particularmente cierto en el caso de calix [4] arenos donde el anillo consta de cuatro anillos aromáticos. Los calixarenos funcionan como excelentes adsorbedores, pero en forma de monómero, se pueden disolver en algunos disolventes, lo que dificultaría su uso práctico.

En una arquitectura macroscópica, sin embargo, los calixarenos se vuelven insolubles en casi todos los disolventes, especialmente en agua.

Para crear calixarenos con una arquitectura macroscópica, El Dr. Shetty y su equipo recurrieron a marcos orgánicos covalentes, o COF. Los COF son una clase de materiales que forman estructuras bidimensionales o tridimensionales a través de reacciones entre sus componentes orgánicos, resultando en fuerte, enlaces covalentes que crean porosos, materiales cristalinos.

"Los COF han demostrado ser una clase importante de materiales porosos debido a sus estructuras bien definidas, funcionalidad de poro sintonizable, y buena estabilidad química, "explicó el Dr. Shetty.

Dar a los calixarenos una arquitectura macroscópica es muy desafiante, pero si tiene éxito podría permitir que se incorporen en plataformas prácticas como polvos en cartuchos o membranas.

Si bien pocos investigadores han intentado construir COF con múltiples anillos, o moléculas macrocíclicas, como calixarenes, El equipo del Dr. Shetty se dio cuenta de que un COF a base de calixareno sería una forma ideal de eliminar los tintes tóxicos de las aguas residuales industriales.

Dr. Shetty, junto con el grupo de investigación de Trabolsi en NYUAD, desarrolló las primeras estructuras tejidas de COF a base de calixareno, creando una red 2D que se puede ajustar con delicadeza para cada aplicación. Se unieron a calix [4] arenos creando enlaces covalentes entre las moléculas orgánicas para unirlas, Luego, estas cadenas de calixareno se entrelazaron ranurando un calixareno en la forma de cuenco de otro, apilando eficazmente las cadenas.

Los COF sintetizados mostraron estructuras reticulares bien definidas, lo que indica una naturaleza altamente cristalina para ambos COF, con muchos poros para aplicaciones de adsorción. Variando la concentración de unidades de calixareno en la solución, la orientación de apilamiento en los COF se puede modificar, lo que significa que los investigadores pueden crear marcos tanto interpenetrados (es decir, catenados) como no interpenetrados. Los COF resultantes presentaban capas onduladas que contenían las cavidades de calixareno, haciéndolos candidatos atractivos para la adsorción de moléculas pequeñas.

Los investigadores validaron la capacidad de los materiales usándolos para la eliminación selectiva de colorantes catiónicos de mezclas acuosas.

En tono rimbombante, la creación de una estructura con poros organizados aumenta el número de interacciones moleculares entre las moléculas contaminantes y el adsorbente. Curiosamente, los COF desarrollados por el equipo de investigación fueron excepcionalmente selectivos para los colorantes catiónicos en las mezclas de prueba sin depender del tamaño de las moléculas. Los COF también demostraron una carga superficial altamente negativa, permitiendo la eliminación selectiva de la carga de las moléculas de tinte.

"Con la cavidad inherentemente hidrofóbica, superficie aniónica, y posibilidad de desarrollar estos COF en una membrana, nuestro trabajo tiene el potencial de llevar la química del calixareno a un emocionante horizonte de ciencia de materiales, "dijo el Dr. Shetty.