Gli scienziati guidati da un ricercatore chimico della Oregon State University sono alle porte di un nuovo strumento per affrontare il problema globale delle acque sotterranee contaminate da diserbanti.
Kyriakos Stylianou dell'OSU College of Science ha guidato un team internazionale che ha identificato un materiale noto come struttura metallo-organica, o MOF, che ha mostrato la capacità di rimuovere completamente e anche di scomporre l'erbicida glifosato, spesso utilizzato.
Il MOF, uno dei quattro testati in una collaborazione tra scienziati dell'Oregon State e dell'Università di Tiangong in Cina, si basa sullo scandio, sul simbolo chimico Sc e su un legante carbossilato, TBAPy.
"Quando esposto alla luce per soli cinque minuti, Sc-TBAPy ha eliminato il 100% del glifosato presente nell'acqua", ha detto Stylianou. "Oltre all'assorbimento più rapido e alla fotodegradazione del glifosato più efficiente rispetto agli altri tre MOF TBAPy che abbiamo esaminato, ha anche degradato il glifosato senza produrre un acido tossico, a differenza degli altri tre."
I risultati sono stati pubblicati su Nature Communications .
I MOF in questo esperimento si basano sulla fotocatalisi. Un catalizzatore è una sostanza che aumenta la velocità di una reazione chimica senza subire alcun cambiamento chimico permanente, mentre i fotocatalizzatori sono materiali che assorbono la luce per raggiungere un livello energetico più elevato e possono utilizzare tale energia per scomporre i contaminanti organici attraverso l'ossidazione.
Tra le numerose applicazioni dei fotocatalizzatori figurano i rivestimenti autopulenti per pareti, pavimenti, soffitti e mobili resistenti alle macchie e agli odori.
Costituiti da ioni metallici caricati positivamente circondati da molecole di collegamento organico, i MOF sono materiali cristallini e porosi con proprietà strutturali sintonizzabili e pori di dimensioni nanometriche. Possono essere progettati con una varietà di componenti che determinano le proprietà del MOF.
Il glifosato, noto anche come N-fosfonometilglicina o PMG, è stato ampiamente spruzzato sui campi agricoli negli ultimi 50 anni da quando è apparso per la prima volta sul mercato con il nome commerciale Roundup.
"Il glifosato e altri erbicidi sono comunemente usati per salvaguardare le aziende agricole dalle infestazioni di erbe infestanti, ma la persistenza del glifosato nell'ambiente è stata associata a potenziali effetti sulla salute di vari organismi viventi, compresi gli esseri umani", ha affermato Stylianou.
"Solo una piccola percentuale della quantità totale di PMG applicato viene assorbita dalle colture e gli erbicidi che penetrano nei canali d'acqua sono una delle cause principali dell'inquinamento idrico. Ciò significa che è fondamentale trovare tecnologie e materiali innovativi per combattere questo problema."
Per scoprire le capacità di bonifica del PMG di Sc-TBAPy, il laboratorio di Stylianou ha collaborato con gruppi guidati da Chong Fang, Paul Ha Yeon Cheong e Hongliang Huang dell'Università di Tiangong. Stylianou ha affermato che i suoi collaboratori hanno fornito informazioni chiave sulle proprietà di adsorbimento e sull'attività fotocatalitica del MOF.
Anche un certo numero di studenti laureati dell'Oregon State hanno svolto un ruolo importante nello studio, ha detto Stylianou. Nan Chieh Chiu, Jacob Lessard ed Emmanuel Musa hanno guidato tutti gli esperimenti e i test di catalisi, Logan Lancaster ha studiato le proprietà ottiche dei materiali oggetto di ricerca e Clara Wheeler ha esaminato computazionalmente le loro proprietà elettroniche.
Allo studio hanno preso parte anche il ricercatore post-dottorato dell'OSU Taylor Krueger, il ricercatore associato Cheng Chen e gli studenti laureati Trenton Gallagher e Makenzie Nord.
Ulteriori informazioni: Chiu, NC, et al. Chiarimento del ruolo dei metalli nell'adsorbimento e nella fotodegradazione degli erbicidi mediante strutture metallo-organiche. Comunicazioni sulla natura (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45546-y
Fornito da Oregon State University
