Los científicos dirigidos por un investigador de química de la Universidad Estatal de Oregón se están acercando a una nueva herramienta para abordar el problema global de las aguas subterráneas contaminadas con herbicidas.
Kyriakos Stylianou, de la Facultad de Ciencias de OSU, dirigió un equipo internacional que identificó un material conocido como estructura organometálica (MOF, por sus siglas en inglés) que demostró la capacidad de eliminar por completo y también descomponer el herbicida glifosato, de uso frecuente.
El MOF, uno de los cuatro probados en una colaboración entre científicos del estado de Oregón y la Universidad Tiangong en China, se basa en escandio, símbolo químico Sc, y un conector carboxilato, TBAPy.
"Cuando se expuso a la luz durante sólo cinco minutos, Sc-TBAPy eliminó el 100% del glifosato del agua", dijo Stylianou. "Además de su adsorción más rápida y fotodegradación más eficiente del glifosato en comparación con los otros tres MOF TBAPy que analizamos, también degradó el glifosato sin producir un ácido tóxico, a diferencia de los otros tres".
Los hallazgos se publicaron en Nature Communications. .
Los MOF de este experimento se basan en la fotocatálisis. Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin sufrir ningún cambio químico permanente, y los fotocatalizadores son materiales que absorben la luz para alcanzar un nivel de energía más alto y pueden usar esa energía para descomponer contaminantes orgánicos mediante oxidación.
Entre las muchas aplicaciones de los fotocatalizadores se encuentran los revestimientos autolimpiantes para paredes, pisos, techos y muebles resistentes a manchas y olores.
Compuestos por iones metálicos cargados positivamente rodeados por moléculas enlazadoras orgánicas, los MOF son materiales cristalinos y porosos con propiedades estructurales ajustables y poros de tamaño nanométrico. Se pueden diseñar con una variedad de componentes que determinan las propiedades del MOF.
El glifosato, también conocido como N-fosfonometilglicina o PMG, se ha rociado ampliamente en campos agrícolas durante los últimos 50 años, desde que apareció por primera vez en el mercado con el nombre comercial Roundup.
"El glifosato y otros herbicidas se utilizan comúnmente para proteger las granjas de las infestaciones de malezas, pero la persistencia del glifosato en el medio ambiente se ha asociado con posibles efectos sobre la salud de varios organismos vivos, incluidos los humanos", afirmó Stylianou.
"Sólo un pequeño porcentaje de la cantidad total de PMG aplicado es absorbido por los cultivos, y los herbicidas que se filtran en los canales de agua son una de las principales causas de la contaminación del agua. Eso significa que es crucial idear tecnologías y materiales innovadores para combatir este problema".
Para descubrir las capacidades de remediación de PMG de Sc-TBAPy, el laboratorio de Stylianou colaboró con grupos liderados por Chong Fang, Paul Ha Yeon Cheong y Hongliang Huang en la Universidad de Tiangong. Stylianou dijo que sus colaboradores proporcionaron información clave sobre las propiedades de adsorción y la actividad fotocatalítica del MOF.
Varios estudiantes de posgrado del estado de Oregón también desempeñaron un papel importante en el estudio, dijo Stylianou. Nan Chieh Chiu, Jacob Lessard y Emmanuel Musa dirigieron todos los experimentos y pruebas de catálisis, Logan Lancaster investigó las propiedades ópticas de los materiales investigados y Clara Wheeler examinó computacionalmente sus propiedades electrónicas.
El investigador postdoctoral de OSU Taylor Krueger, el investigador asociado Cheng Chen y los estudiantes de posgrado Trenton Gallagher y Makenzie Nord también participaron en el estudio.
Más información: Chiu, Carolina del Norte, et al. Aclaración del papel de los metales en la adsorción y fotodegradación de herbicidas por estructuras organometálicas. Comunicaciones de la Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45546-y
Proporcionado por la Universidad Estatal de Oregón
