Sistemas orgánicos covalentes posinteticamente modificados para la eliminación eficiente y efectiva del mercurio

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ciencias del medio ambiente
• Química

Sus antecedentes:

• El diseño de adsorbentes efectivos para la remediación ambiental requiere sitios de quelación de alta afinidad para una rápida absorción y capacidad de contaminantes.
• Los marcos orgánicos covalentes bidimensionales (COF) ofrecen estructuras ajustables y porosidad, lo que los convierte en andamios prometedores para el desarrollo de adsorbentes.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar un nuevo COF mesoporoso funcionalizado con derivados de azufre para una eliminación eficiente del mercurio.
• Evaluar la capacidad de adsorción, la afinidad y el mecanismo del COF funcionalizado para las especies de mercurio (Hg2+ y Hg0).

Principales métodos:

• Síntesis de un COF mesoporoso funcionalizado con vinilo (COF-V) seguido de una modificación con 1,2-etanediotilo a través de la reacción de clic de tioleno para obtener COF-S-SH.
• Prueba del rendimiento de adsorción de COF-S-SH para Hg2+ y Hg0 en soluciones acuosas y aire.
• Caracterización mediante espectroscopia de estructura fina por absorción de rayos X (XAFS) para elucidar el mecanismo de unión del mercurio.

Principales resultados:

• El COF-S-SH sintetizado exhibió capacidades excepcionales de adsorción de Hg2+ y Hg0 de 1350 y 863 mg g−1 respectivamente, superando a los materiales funcionalizados con tiol existentes.
• Alcanzó un coeficiente de distribución ultraalto (K_d) de 2,3 × 109 mL g-1, reduciendo rápidamente la concentración de Hg2+ por debajo de los límites del agua potable.
• El análisis XAFS reveló la unión exclusiva de Hg por dos átomos de azufre a través de la cooperatividad intramolecular, lo que explica la fuerte afinidad.

Conclusiones:

• Los COF mesoporosos decorados con grupos quelantes de azufre son adsorbentes muy eficaces para la remediación del mercurio.
• La estructura ordenada y la alta densidad de sitios de unión en los COF contribuyen a un rendimiento de adsorción superior y a una rápida difusión.
• Este estudio pone de relieve el importante potencial de los FOC para el desarrollo de materiales avanzados para la remediación ambiental de alto rendimiento.