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    Uma rede covalente 2D ajustável para remoção seletiva de carga de corantes tóxicos de águas residuais

    Crédito:Universidade Khalifa

    Corantes sintéticos são ingredientes comuns na indústria têxtil, mas por causa de seu uso geral, muitas vezes encontram seu caminho em corpos d'água a partir de águas residuais industriais, onde poluem a água e ameaçam a segurança da água.

    A remoção desses corantes poluentes pode ser obtida por meio de adsorção, onde os corantes são coletados nos poros de materiais altamente porosos que retiram os poluentes da água e os prendem nos poros.

    Dr. Dinesh Shetty, Professor Assistente de Química, criou um sintonizável, Rede polimérica bidimensional de um macrociclo orgânico denominado calixarenos, que pode adsorver seletivamente corantes tóxicos de águas residuais.

    Dr. Shetty é membro do Centro Universitário Khalifa para Catálise e Separação (CeCaS), um dos 18 centros de pesquisa especializados da KU. A pesquisa do CeCaS visa desenvolver soluções práticas para os desafios da engenharia química enfrentados por várias indústrias hoje. Em colaboração com pesquisadores da New York University Abu Dhabi, Dr. Shetty desenvolveu uma nova estrutura usando calixarenos para remover corantes de forma seletiva e eficiente de águas residuais. Seu trabalho foi publicado recentemente no Jornal da American Chemical Society e apareceu como um artigo de capa.

    Calixarenos são moléculas orgânicas em forma de tigela que consistem em cavidades hidrofóbicas definidas. Esse recurso exclusivo permite a química hospedeiro-hóspede, onde os calixarenos atuam como hospedeiros para pequenas moléculas e / ou íons.

    "As moléculas de calixareno foram amplamente exploradas como blocos de construção supramoleculares versáteis, "explicou o Dr. Shetty." Isso se deve à sua capacidade de adotar diferentes conformações, que se refere ao arranjo espacial dos átomos em uma molécula, e a relativa facilidade com que podem ser funcionalizados, que se refere à facilidade com que um calixareno pode assumir novas funções, recursos, capacidades, ou propriedades, alterando a química de sua superfície. "

    Isso é particularmente verdadeiro para calix [4] arenos, onde o anel consiste em quatro anéis aromáticos. Calixarenos funcionam como excelentes adsorventes, mas na forma de monômero, eles podem ser dissolvidos em alguns solventes, o que dificultaria seu uso prático.

    Em uma arquitetura macroscópica, Contudo, calixarenos se tornam insolúveis em quase todos os solventes, especialmente na água.

    Crédito:Universidade Khalifa

    Para criar calixarenos com arquitetura macroscópica, Dr. Shetty e sua equipe se voltaram para estruturas orgânicas covalentes, ou COFs. COFs são uma classe de materiais que formam estruturas bidimensionais ou tridimensionais por meio de reações entre seus componentes orgânicos, resultando em forte, ligações covalentes que criam poros, materiais cristalinos.

    "COFs provaram ser uma classe importante de materiais porosos devido às suas estruturas bem definidas, funcionalidade de poro ajustável, e boa estabilidade química, "explicou o Dr. Shetty.

    Dar aos calixarenos uma arquitetura macroscópica é muito desafiador, mas, se for bem-sucedido, pode permitir que sejam incorporados em plataformas práticas, como pós em cartuchos ou membranas.

    Embora poucos pesquisadores tenham tentado construir COFs com múltiplos anéis, ou moléculas macrocíclicas, como calixarenos, A equipe do Dr. Shetty percebeu que um COF à base de calixareno seria uma maneira ideal de remover corantes tóxicos de águas residuais industriais.

    Dr. Shetty, junto com o grupo de pesquisa Trabolsi da NYUAD, desenvolveu as primeiras estruturas tecidas de COFs à base de calixareno, fazendo uma rede 2D que pode ser delicadamente ajustada para cada aplicação. Eles uniram calix [4] arenos criando ligações covalentes entre as moléculas orgânicas para ligá-las, em seguida, essas cadeias de calixareno foram entrelaçadas ao encaixar um calixareno na forma de tigela de outro, empilhar efetivamente as correntes.

    Os COFs sintetizados mostraram estruturas de rede bem definidas, indicando uma natureza altamente cristalina para ambos os COFs, com muitos poros para aplicações de adsorção. Ao variar a concentração de unidades de calixareno na solução, a orientação de empilhamento nos COFs pode ser alterada, o que significa que os pesquisadores podem criar estruturas interpenetradas (ou seja, catenadas) e não interpenetradas. Os COFs resultantes apresentavam camadas onduladas contendo as cavidades de calixareno, tornando-os candidatos atraentes para adsorver pequenas moléculas.

    Os pesquisadores validaram a capacidade dos materiais usando-os para a remoção seletiva de corantes catiônicos de misturas aquosas.

    Mais importante, a criação de uma estrutura com poros organizados aumenta o número de interações moleculares entre as moléculas poluentes e o adsorvente. Interessantemente, os COFs desenvolvidos pela equipe de pesquisa foram excepcionalmente seletivos para os corantes catiônicos nas misturas de teste, sem depender do tamanho das moléculas. Os COFs também demonstraram uma carga superficial altamente negativa, permitindo a remoção seletiva de carga das moléculas de corante.

    "Com a cavidade inerentemente hidrofóbica, superfície aniônica, e possibilidade de desenvolver esses COFs em uma membrana, nosso trabalho tem o potencial de trazer a química do calixareno para um horizonte de ciência de materiais empolgante, "disse o Dr. Shetty.


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