Un equipo de investigadores de la Universidad de Bohai en China ha diseñado y sintetizado un catalizador bifuncional que puede solucionar la contaminación ambiental provocada por el gas mostaza y los compuestos fenólicos. Sintetizaron este catalizador bifuncional, una nueva estructura organometálica tridimensional a base de polioxovanadato, en condiciones hidrotermales.

Su trabajo está publicado en la revista Polyoxometalates. .

El catalizador bifuncional del equipo muestra rendimientos catalíticos satisfactorios para la oxidación selectiva de sulfuro de 2-cloroetil etil (CEES) al sulfóxido correspondiente (CEESO) y la fotodegradación hacia fenol, CEES y m-cresol bajo luz visible. Un catalizador bifuncional es aquel que proporciona funciones catalíticas tanto ácidas como básicas.

En los últimos años, el problema de las sustancias orgánicas peligrosas que causan contaminación ha suscitado considerable preocupación. Los científicos han centrado su trabajo en desarrollar métodos razonables para degradar estas sustancias orgánicas peligrosas. CEES, o gas mostaza, es un agente de guerra química que causa enfermedades graves de la piel, fuerte irritación de las vías respiratorias e incluso la muerte.

Desde que se utilizó por primera vez el gas mostaza en la Primera Guerra Mundial, los investigadores han buscado formas de desintoxicar este agente de guerra química. El m-cresol es un compuesto orgánico que se extrae del alquitrán de hulla y se utiliza en la producción de otros productos químicos, incluidos pesticidas. Es corrosivo para los ojos, la piel y el tracto respiratorio.

Los contaminantes fenólicos a menudo persisten en las aguas residuales contaminadas que fluyen del trabajo industrial, agrícola y doméstico. Una vez que llegan a los sistemas hídricos, los contaminantes fenólicos pueden ser muy dañinos para los humanos y el medio ambiente. Estos contaminantes pueden ser extremadamente tóxicos hasta el punto de causar la muerte de animales, aves o peces.

También pueden impedir el crecimiento de las plantas o matarlas. Los científicos han estado trabajando para diseñar mediante síntesis nuevos catalizadores bifuncionales que puedan convertir este tipo de contaminantes peligrosos en degradantes de baja toxicidad. Sin embargo, hasta este momento, los científicos no habían logrado con éxito la preparación de estructuras organometálicas interpenetrantes de alta dimensión que puedan actuar como catalizadores bifuncionales capaces de oxidar CEES a CEESO y degradar compuestos fenólicos bajo luz visible.

Los polioxometalatos (POM) son un tipo de agrupaciones de óxidos metálicos inorgánicos con diversas estructuras arquitectónicas y propiedades atractivas. Debido a su amplia gama de estructuras y funcionalidades, son una de las clases más útiles de materiales moleculares inorgánicos. Dentro de la familia de los POM, los polioxovanadatos (POV) han atraído cada vez más la atención de los científicos debido a sus diversas estructuras y propiedades notables.

Los investigadores utilizaron un ligando de bis-piridil-bis-amida para construir la nueva estructura organometálica basada en POV. Luego estudiaron la estructura organometálica basada en POV 3D mediante análisis de difracción de rayos X de monocristal, espectroscopia IR y difracción de rayos X en polvo. "La característica larga del ligando basado en amida induce la formación de una estructura interpenetrante doble inusual", dijo Guo-Cheng Liu, profesor asociado de la Universidad de Bohai.

El catalizador bifuncional del equipo catalizó con éxito la oxidación selectiva de CEES tóxicos al correspondiente sulfóxido más seguro en presencia de H₂ O₂ , o peróxido de hidrógeno, como oxidante ecológico. Funcionó bajo luz visible con reciclabilidad y estabilidad efectivas. La conversión exitosa fue superior al 99 por ciento y la selectividad fue del 97 por ciento.

Además, el catalizador bifuncional mostró una excelente actividad de degradación fotocatalítica hacia fenol, CEES y m-cresol bajo luz visible. El equipo logró con éxito eficiencias de degradación superiores al 92,6 por ciento durante 140 minutos.

También investigaron en detalle la cinética de la reacción fotocatalítica, los mecanismos de fotodegradación y la capacidad de reciclaje del fenol. "Este trabajo proporciona una guía importante para el desarrollo de nuevos catalizadores bifuncionales basados ​​en POV para la descontaminación del agua", afirmó Liu.