Científicos de materiales han desarrollado un nuevo material que utiliza la luz para descomponer una variedad de contaminantes presentes en el agua, incluyendo las sustancias perfluoroalquílicas y polifluoroalquílicas (PFAS), conocidas como “químicos para siempre” debido a su persistencia en el medio ambiente.
El proceso se basa en el uso de una clase de materiales llamados marcos orgánicos covalentes (COF, por sus siglas en inglés). Estos materiales, gracias a su estructura porosa y gran superficie, son útiles en reacciones fotoquímicas, es decir, impulsadas por la luz. Cuando los COF interactúan con la luz, algunos electrones se desplazan, creando “huecos”, y esta separación de cargas es lo que los convierte en buenos fotocatalizadores.
Según un estudio publicado en Materials Today, el equipo de Rice University cultivó un material COF directamente sobre una película bidimensional de nitruro de boro hexagonal (hBN), creando una superficie híbrida con una capacidad de limpieza excepcional que solo necesita luz para eliminar contaminantes difíciles de tratar, como residuos farmacéuticos, tintes y PFAS.
“Al combinar dos materiales seguros y ligeros de una manera innovadora, hemos creado una superficie potente para combatir la contaminación que funciona rápidamente, es eficaz contra diversos contaminantes y no depende de metales que puedan ser perjudiciales para el medio ambiente”, explica Yifan Zhu, investigador postdoctoral en el departamento de ciencia de materiales e ingeniería nano de Rice y primer autor del estudio. “Esto es importante porque ofrece una forma más limpia, económica y sostenible de proteger nuestro agua.”
Para construir esta superficie, los investigadores tuvieron que encontrar una forma de combinar los dos materiales, que normalmente son difíciles de adherir entre sí. Lo lograron utilizando la ingeniería de defectos, una técnica que introduce deliberadamente imperfecciones en un material para generar nuevas propiedades o comportamientos. En este caso, el equipo grabó microscópicas “arañazos” en la superficie del hBN. Estas imperfecciones sirvieron como puntos de anclaje para el COF, permitiéndole crecer directamente sobre la película de hBN. La interfaz resultante dirige los electrones y los huecos energizados por la luz en diferentes direcciones, creando el efecto de limpieza.
“Al hacerlos crecer directamente juntos en lugar de simplemente mezclarlos, creamos una estructura conectada donde las cargas pueden viajar fácilmente sin quedar atrapadas”, afirma Zhu. “Este enfoque no se había realizado antes con esta combinación de materiales, especialmente porque el hBN suele ser muy difícil de modificar.”
Para evaluar el rendimiento en condiciones prácticas, el equipo probó el material en reactores de flujo de agua vertical y horizontal, simulando configuraciones equivalentes en plantas de tratamiento de agua. El material funcionó de manera consistente a lo largo de ciclos repetidos de limpieza, manteniendo su estructura y estabilidad.
“Estos hallazgos demuestran que un único material, libre de metales, puede abordar múltiples contaminantes difíciles de eliminar”, señala Jun Lou, autor corresponsal del estudio y profesor de ciencia de materiales e ingeniería nano. “Esto nos acerca a soluciones prácticas y de bajo costo para un agua más limpia.”
Investigadores adicionales de Rice University y la Universidad de Florida también contribuyeron al trabajo.
La investigación fue apoyada por la National Science Foundation, el Air Force Research Laboratory International Research, Innovation and Science in Nanotechnology (RISING) Center en Rice, y la Welch Foundation. El contenido de este comunicado de prensa es responsabilidad exclusiva de los autores y no representa necesariamente las opiniones oficiales de las organizaciones e instituciones financiadoras.
Fuente: Rice University
