Los adsorbentes eficientes para el tratamiento de aguas residuales industriales son importantes para minimizar el daño ambiental potencial. En particular, los tintes orgánicos, como un grupo importante de contaminantes industriales, suelen ser altamente solubles en agua, no degradables y muchos son tóxicos o cancerígenos. Changxia Li y Freddy Kleitz de la Facultad de Química de la Universidad de Viena, junto con sus colegas, presentaron ahora un nuevo enfoque para diseñar un material compuesto innovador, que consiste en un marco orgánico covalente (COF) nanoporoso y ultrafino anclado en grafeno, que es altamente eficiente. en el filtrado de contaminantes orgánicos del agua. El estudio fue publicado en Angewandte Chemie .

"Existen varias formas, incluidos los filtros de carbón activado, para purificar el agua hoy en día, pero todavía hay espacio para mejorar la eficiencia o la capacidad de adsorción de las aplicaciones", dice el primer autor e investigador postdoctoral Changxia Li.

El grupo de Freddy Kleitz en el Instituto de Química Inorgánica—Materiales Funcionales está desarrollando nuevos materiales nanoporosos. Los materiales porosos tienen un área de superficie total mucho mayor que un material no poroso para el mismo volumen y, por lo tanto, pueden acumular una cantidad particularmente grande de moléculas en las superficies durante la adsorción.

COF altamente poroso como una nueva clase de materiales

Las estructuras orgánicas covalentes (COF) son una clase de materiales relativamente nueva. Son particularmente porosos, al mismo tiempo que son de baja densidad y ligeros. Covalente significa que sus enlaces químicos se forman a través de pares de electrones entre átomos.

Los tintes que los investigadores estudiaron en su solución modelo acuosa tenían un tamaño de aproximadamente 0,8 a 1,6 nanómetros. "Desarrollamos un método novedoso para formar COF de una manera relativamente respetuosa con el medio ambiente, usando agua. Como tal, pudimos desarrollar pequeñas 'esponjas', con tamaños de poro diseñados y formas de poro en el rango de nanómetros, así como un negativo sintonizado carga superficial, que fue muy selectiva para extraer del agua las moléculas objetivo cargadas positivamente, es decir, nuestros tintes", dijeron los investigadores, "Al igual que la esponja absorbe el agua, solo que en nuestro caso son los contaminantes". /P>

Una columna vertebral hecha de grafeno

Cuando se usa polvo COF a granel, los poros internos del material a menudo ya no son accesibles a los contaminantes debido al bloqueo de los poros en el borde exterior, especialmente para las moléculas contaminantes grandes. El nuevo material compuesto desarrollado por los investigadores ofrece una estructura completamente permeable:para este propósito, los investigadores cultivaron COF en nanoláminas de grafeno de capa delgada. La combinación de grafeno, en sí mismo ya una capa 2D de átomos de carbono, y la capa de COF, que tiene un grosor de hasta dos nanómetros, dio como resultado una estructura 3D compacta y abierta. La capa de COF ultradelgada podría exponer más sitios de adsorción que el polvo de COF a granel.

Por otro lado, los poros más grandes en forma de panal de la red de grafeno soportan el transporte de agua a través del material del filtro. "Los grandes poros de la red de grafeno en combinación con la capa COF ultrafina con una gran cantidad de sitios de adsorción permiten un tratamiento de aguas residuales particularmente rápido y eficiente", dijeron los investigadores. Debido a la entrada de material comparativamente baja de grafeno, así como a la posibilidad de reutilizar el material compuesto, después de que se hayan eliminado los contaminantes, como filtro, el desarrollo también es relativamente rentable, dijeron. + Explora más

Agrupaciones de agua en marcos orgánicos covalentes porosos cristalinos hidrofóbicos