Los MOF fotovoltaicos potabilizan el agua de mar con solo presionar un botón

04 noviembre 2023

(Luces Nanowerk) Con la expansión de la población mundial y la escasez de suministros de agua dulce, convertir la abundante agua de mar en agua potable se ha convertido en una necesidad urgente en todo el mundo. La desalinización ofrece una solución potencial, pero los métodos tradicionales como la destilación y la ósmosis inversa consumen mucha energía y son perjudiciales para el medio ambiente. Por lo tanto, los científicos están 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 actualmente los métodos de desalinización más populares, pero son caras y exigentes desde el punto de vista medioambiental.

La desalinización por adsorción, que utiliza materiales porosos para capturar iones de sal, parece prometedora como una alternativa más sostenible. Sin embargo, estos materiales presentan inconvenientes como una baja eficiencia o dificultad para regenerarse sin contaminar más el agua. La renovación suele implicar una limpieza con soluciones químicas, lo que aumenta la huella medioambiental.

Aquí es donde entran en juego las estructuras organometálicas (MOF). Los MOF tienen grandes superficies y propiedades sintonizables, lo que los hace muy adecuados para la adsorción y separación molecular. Pero encontrar MOF que sean estables en el agua ha sido un desafío.

Ahora investigadores de China han anunciado avances para superar este obstáculo. En un artículo publicado en Nanomateriales aplicados ACS («Nano-MOF decorados con espiropirano para la adsorción reversible controlada por luz de múltiples sales del agua: implicaciones para la purificación del agua».), que describe el desarrollo de nuevos materiales MOF que pueden absorber y liberar sal del agua con solo accionar un interruptor de luz.

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La nueva tecnología aprovecha las propiedades únicas de la estructura orgánica llamada NH2-MIL-101Cr, que se basa en cromo y enlaces orgánicos y resiste bien el agua en comparación con otros MOF. Los investigadores modificaron esta estructura organometálica uniendo moléculas sensibles a la luz llamadas espiropiranos, creando materiales que pueden absorber y liberar varios iones de sal en respuesta a señales luminosas. Estructuras de metal orgánico decoradas con espiropirano. MOF decorado con espiropirano. (Imagen: Nanomateriales aplicados ACS)

La principal ventaja de este enfoque es que permite la regeneración de MOF completamente sin productos químicos. Según el autor principal, Liming Jiang, de la Universidad de Zhejiang, este trabajo proporciona una estrategia sintética para materiales de absorción de sal que no requiere productos químicos para su regeneración. «Como tal, se espera que este nuevo sorbente fotorrenovable tenga un gran potencial de aplicación en la desalinización sostenible del agua y la purificación solar del agua», dijo Jiang.

En la oscuridad, los MOF decorados con espiropirano adsorben eficazmente sales monovalentes y divalentes. La absorción de iones se comparó favorablemente con otros materiales MOF reportados recientemente. Bajo luz solar artificial, los MOF pueden liberar la mayoría de los iones adsorbidos en 30 minutos.

Este ciclo se puede repetir al menos 10 veces manteniendo más del 70% de la capacidad de absorción original del MOF.

El método fotoconvertible también ha tenido éxito utilizando agua salobre artificial que contiene una mezcla de sales. La absorción fue menor que la de las sales simples, pero el material aún eliminó cantidades significativas de iones y capturó magnesio de manera más eficiente.

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Aunque son prometedores, todavía hay dudas sobre cómo funcionarán los MOF de espiropirano en el tratamiento del agua de mar real, que contiene muchas sales e impurezas diferentes que pueden interferir con la adsorción y la regeneración. También es necesario abordar la evaluación de la viabilidad económica y ampliar el proceso de síntesis en el futuro.

Sin embargo, el estudio proporciona una prueba de concepto para una desalinización completamente libre de químicos y controlada externamente utilizando sorbentes MOF. Dada la abundancia de luz solar disponible, este enfoque puede proporcionar una opción más respetuosa con el medio ambiente y menos costosa para convertir abundante agua de mar en agua dulce apta para beber y para la agricultura.
Michael Berger
por

Michael es autor de tres libros para la Royal Society of Chemistry:
NanoSociedad: superando las fronteras de la tecnología,
Nanotecnología: el futuro es pequeñoY
Nanoingeniería: las habilidades y herramientas que hacen invisible la tecnología
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