I coloranti sintetici sono ingredienti comuni nell'industria tessile, ma a causa del loro uso generale, spesso trovano la loro strada nei corpi idrici da acque reflue industriali, dove inquinano l'acqua e minacciano la sicurezza idrica.

La rimozione di questi coloranti inquinanti può essere ottenuta mediante adsorbimento, dove i coloranti vengono raccolti nei pori di materiali altamente porosi che prelevano gli inquinanti dall'acqua e li intrappolano nei pori.

Dottor Dinesh Shetty, Professore Associato di Chimica, ha creato un sintonizzabile, rete polimerica bidimensionale da un macrociclo organico chiamato calixareni che può adsorbire selettivamente coloranti tossici dalle acque reflue.

Il Dr. Shetty è membro del Khalifa University Center for Catalysis and Separation (CeCaS), uno dei 18 centri di ricerca specializzati di KU. La ricerca CeCaS mira a sviluppare soluzioni pratiche alle sfide dell'ingegneria chimica affrontate da diverse industrie oggi. In collaborazione con ricercatori della New York University Abu Dhabi, Il Dr. Shetty ha sviluppato una nuova struttura che utilizza i calixareni per rimuovere i coloranti in modo selettivo ed efficiente dalle acque reflue. Il loro lavoro è stato recentemente pubblicato su Giornale della Società Chimica Americana ed è apparso come un articolo di copertina.

I calixareni sono molecole organiche a forma di ciotola che consistono in cavità idrofobiche definite. Questa caratteristica unica consente la chimica ospite-ospite in cui i calixareni svolgono l'ospite per piccole molecole e/o ioni.

"Le molecole di calixarene sono state ampiamente sfruttate come versatili elementi costitutivi supramolecolari, " ha spiegato il dottor Shetty. "Questo è dovuto alla loro capacità di adottare diverse conformazioni, che si riferisce alla disposizione spaziale degli atomi in una molecola, e la relativa facilità con cui possono essere funzionalizzati, che si riferisce alla facilità con cui un calixarene può assumere nuove funzioni, caratteristiche, capacità, o proprietà modificando la sua chimica superficiale."

Ciò è particolarmente vero per i calix[4]areni in cui l'anello è costituito da quattro anelli aromatici. I calixareni funzionano come ottimi adsorbitori, ma nella forma monomerica, possono essere sciolti in alcuni solventi, che ne ostacolerebbe l'uso pratico.

In un'architettura macroscopica, però, i calixareni diventano insolubili in quasi tutti i solventi, soprattutto in acqua.

Per creare calixareni con un'architettura macroscopica, Il Dr. Shetty e il suo team si sono rivolti a strutture organiche covalenti, o COF. I COF sono una classe di materiali che formano strutture bi o tridimensionali attraverso reazioni tra i loro componenti organici, risultando forte, legami covalenti che creano porosi, materiali cristallini.

"I COF hanno dimostrato di essere una classe importante di materiali porosi a causa delle loro strutture ben definite, funzionalità sintonizzabile dei pori, e buona stabilità chimica, " ha spiegato il dottor Shetty.

Dare ai calixareni un'architettura macroscopica è molto impegnativo, ma in caso di successo potrebbe consentire loro di essere incorporati in piattaforme pratiche come polveri in cartucce o membrane.

Mentre pochi ricercatori hanno tentato di costruire COF con più anelli, o molecole macrocicliche, come calixareni, Il team del Dr. Shetty si è reso conto che un COF a base di calixarene sarebbe stato un modo ideale per rimuovere i coloranti tossici dalle acque reflue industriali.

Dottor Shetty, insieme al gruppo di ricerca Trabolsi al NYUAD, sviluppato le prime strutture tessute di COF a base di calixareni, creando una rete 2D che può essere sintonizzata delicatamente per ogni applicazione. Hanno unito i calix[4]areni creando legami covalenti tra le molecole organiche per collegarli insieme, poi queste catene di calixarene sono state intrecciate inserendo un calixarene nella forma a ciotola di un altro, impilare efficacemente le catene.

I COF sintetizzati hanno mostrato strutture reticolari ben definite, indicando una natura altamente cristallina per entrambi i COF, con molti pori per applicazioni di adsorbimento. Variando la concentrazione di unità calixareniche nella soluzione, l'orientamento di impilamento nei COF può essere modificato, il che significa che i ricercatori possono creare strutture sia compenetrate (che significa catenate) che non compenetrate. I COF risultanti presentavano strati ondulati contenenti le cavità calixareniche, rendendoli candidati attraenti per l'assorbimento di piccole molecole.

I ricercatori hanno convalidato la capacità dei materiali utilizzandoli per la rimozione selettiva di coloranti cationici da miscele acquose.

È importante sottolineare che la creazione di una struttura con pori organizzati aumenta il numero di interazioni molecolari tra molecole inquinanti e adsorbente. interessante, i COF sviluppati dal team di ricerca erano eccezionalmente selettivi per i coloranti cationici nelle miscele di prova senza dipendere dalle dimensioni delle molecole. I COF hanno anche dimostrato una carica superficiale altamente negativa, consentendo la rimozione selettiva della carica delle molecole di colorante.

"Con la cavità intrinsecamente idrofoba, superficie anionica, e possibilità di sviluppare questi COF in una membrana, il nostro lavoro ha il potenziale per portare la chimica del calixarene in un entusiasmante orizzonte della scienza dei materiali, " ha detto il dottor Shetty.