04 de noviembre de 2023 (Proyector Nanowerk) Con la población mundial en expansión y los suministros de agua dulce bajo presión, convertir la abundante agua de mar en agua potable se ha convertido en una necesidad apremiante en todo el mundo. La desalinización ofrece una solución potencial, pero los métodos convencionales como la destilación y la ósmosis inversa consumen mucha energía y son perjudiciales para el medio ambiente. Por ello, los científicos han estado buscando formas más sostenibles de desalinizar eficientemente el agua de mar. La desalinización de agua de mar es un proceso que consume mucha energía y representa aproximadamente el 1% del consumo mundial de energía. Las tecnologías térmicas como la destilación son los métodos de desalinización más extendidos en la actualidad, pero son costosas y medioambientalmente exigentes. La desalinización por adsorción, que utiliza materiales porosos para capturar iones de sal, parece prometedora como una alternativa más sostenible. Los materiales, sin embargo, tienen inconvenientes como baja eficiencia o dificultad para regenerarlos sin contaminar más el agua. Normalmente, la regeneración implica lavar con soluciones químicas, lo que aumenta la huella ambiental. Aquí es donde estructuras metal-orgánicas (MOF) Los MOF se caracterizan por sus grandes áreas de superficie y propiedades sintonizables, lo que los hace muy adecuados para adsorber y separar moléculas. Pero encontrar MOF que sean estables en el agua ha sido un desafío. Ahora, investigadores en China informan sobre avances para superar este obstáculo. En un artículo publicado en Nano Materiales Aplicados ACS (“Estructuras metálicas orgánicas nanoporosas decoradas con espiropirano para la adsorción reversible controlada por luz de múltiples sales del agua: implicaciones para la purificación del agua”), describen el desarrollo de nuevos materiales MOF que pueden absorber y liberar sal del agua simplemente accionando un interruptor de luz. La nueva tecnología aprovecha las propiedades únicas de un MOF llamado NH2-MIL-101Cr, que se basa en cromo y enlazadores orgánicos y resiste bien el agua en comparación con otros MOF. Los investigadores modificaron este MOF uniendo moléculas sensibles a la luz llamadas espiropiranos, creando materiales que podrían adsorber y liberar varios iones de sal en respuesta a señales de luz.
MOF decorado con espiropirano. (Imagen: ACS Applied Nano Materials) Una ventaja clave de este enfoque es que permite la regeneración de los MOF completamente libre de químicos. Según el autor principal Liming Jiang de la Universidad de Zhejiang, este trabajo proporciona una estrategia sintética para materiales de adsorción de sal que no requieren productos químicos para su regeneración. "Como tal, se prevé que este novedoso adsorbente regenerable por luz tenga un gran potencial para ser aplicado en la desalinización sostenible y la purificación del agua con la utilización de energía solar", dijo Jiang. En la oscuridad, los MOF decorados con espiropirano adsorbieron sales monovalentes y divalentes de manera eficiente. Su absorción de iones se comparó favorablemente con la de otros materiales MOF reportados recientemente. Bajo luz solar simulada, los MOF podrían liberar la mayoría de los iones adsorbidos en 30 minutos. Este ciclo podría repetirse al menos 10 veces manteniendo más del 70% de la capacidad de adsorción original del MOF. El método de cambio de luz también funcionó con agua salobre sintética que contiene una mezcla de sales. La absorción fue menor que la de las sales simples, pero el material aún eliminó cantidades apreciables de iones, siendo el magnesio el que se capturó de manera más eficiente. Si bien son prometedores, quedan dudas sobre cómo funcionarían los MOF de espiropirano en el tratamiento del agua de mar real, que contiene muchas sales e impurezas diferentes que podrían interferir con la adsorción y la regeneración. En el futuro también será necesario abordar la evaluación de la viabilidad económica y la ampliación del proceso de síntesis. No obstante, el estudio proporciona una prueba de concepto para una desalinización completamente libre de químicos y controlada externamente utilizando adsorbentes MOF. Dada la abundancia de luz solar disponible, este enfoque puede ofrecer una opción más ecológica y menos costosa para convertir abundante agua de mar en agua dulce apta para beber y para la agricultura.
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Michael
Berger
MOF decorado con espiropirano. (Imagen: ACS Applied Nano Materials) Una ventaja clave de este enfoque es que permite la regeneración de los MOF completamente libre de químicos. Según el autor principal Liming Jiang de la Universidad de Zhejiang, este trabajo proporciona una estrategia sintética para materiales de adsorción de sal que no requieren productos químicos para su regeneración. "Como tal, se prevé que este novedoso adsorbente regenerable por luz tenga un gran potencial para ser aplicado en la desalinización sostenible y la purificación del agua con la utilización de energía solar", dijo Jiang. En la oscuridad, los MOF decorados con espiropirano adsorbieron sales monovalentes y divalentes de manera eficiente. Su absorción de iones se comparó favorablemente con la de otros materiales MOF reportados recientemente. Bajo luz solar simulada, los MOF podrían liberar la mayoría de los iones adsorbidos en 30 minutos. Este ciclo podría repetirse al menos 10 veces manteniendo más del 70% de la capacidad de adsorción original del MOF. El método de cambio de luz también funcionó con agua salobre sintética que contiene una mezcla de sales. La absorción fue menor que la de las sales simples, pero el material aún eliminó cantidades apreciables de iones, siendo el magnesio el que se capturó de manera más eficiente. Si bien son prometedores, quedan dudas sobre cómo funcionarían los MOF de espiropirano en el tratamiento del agua de mar real, que contiene muchas sales e impurezas diferentes que podrían interferir con la adsorción y la regeneración. En el futuro también será necesario abordar la evaluación de la viabilidad económica y la ampliación del proceso de síntesis. No obstante, el estudio proporciona una prueba de concepto para una desalinización completamente libre de químicos y controlada externamente utilizando adsorbentes MOF. Dada la abundancia de luz solar disponible, este enfoque puede ofrecer una opción más ecológica y menos costosa para convertir abundante agua de mar en agua dulce apta para beber y para la agricultura.
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Michael
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry:
Nano-sociedad: empujando los límites de la tecnología,
Nanotecnología: el futuro es pequeñoy
Nanoingeniería: las habilidades y herramientas que hacen que la tecnología sea invisible
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