Исследователи из Университета Юты создали материал, который решает актуальную экологическую проблему: обнаружение в реальном времени и эффективное удаление перфтороктановой кислоты (PFOA) — токсичного и устойчивого представителя семейства PFAS («вечные химикаты») — из загрязнённой воды.
В финансируемом промышленностью исследовании, опубликованном в журнале Journal of Materials Chemistry C, профессор Лин Цзан из Инженерного колледжа и его исследовательская группа представили металлорганический каркас (MOF) с двойной функциональностью, известный как UiO-66-N(CH₃)₃⁺. Этот материал на основе циркония известен своей термической и химической стабильностью.
Новый MOF демонстрирует исключительные возможности как в адсорбции PFOA, так и в обнаружении этой кислоты с помощью флуоресценции. Когда MOF связывается с загрязнителем, он буквально светится, что упрощает количественную оценку масштаба проблемы и скорости и эффективности очистки. MOF также демонстрирует отличную возможность повторного использования после повторных циклов адсорбции и десорбции. После каждой адсорбции материал можно легко восстановить путём простой промывки.
«Этот металлорганический каркас представляет собой значительный шаг вперёд в области очистки от PFAS», — сказал Рана Далапати, ведущий автор исследования и постдокторант в исследовательской группе Цзана. «Его способность как избирательно улавливать, так и чувствительно обнаруживать PFOA в режиме реального времени делает его универсальным и практическим решением для очистки воды и мониторинга окружающей среды».
Как это работает?
Эта работа основана на прошлых исследованиях лаборатории Цзана, в которых был создан пористый материал, флуоресцирующий в присутствии PFAS.
PFOA — это синтетическое химическое вещество с водо- и грязеотталкивающими свойствами, которое обычно используется в антипригарной посуде, пенообразователях для пожаротушения и других продуктах. Материал, который не разлагается в окружающей среде, попадает в грунтовые воды, что вызывает обеспокоенность по поводу здоровья населения.
Обнаружение и снижение уровня загрязнения PFOA и другими PFAS стало приоритетом для многих агентств по охране окружающей среды, и прорыв Цзана может помочь в этом.
UiO-66-N(CH₃)₃⁺ оснащён флуоресцентными метками, которые активируются, когда PFOA захватывается внутри молекулярной «клетки» MOF.
Команда Цзана создала свой MOF, модифицировав другой широко изученный металлорганический каркас, известный как UiO-66-NH₂. Этот материал известен своей высокой пористостью и потенциалом в применении для очистки воды. Однако его адсорбционная способность при удалении PFOA ограничена из-за слабых взаимодействий связывания.
Чтобы решить эту проблему, исследователи включили четвертичные аммониевые группы, которые усиливают электростатические взаимодействия с PFOA, что привело к увеличению адсорбционной способности в 3,4 раза по сравнению с исходным каркасом UiO-66-NH₂. Эти катионные группы также работают синергетически с металлорганическими местами связывания MOF, обеспечивая высокую селективность и эффективность улавливания загрязняющих веществ.
Успех этого подхода подчёркивает силу постсинтетической модификации в дизайне MOF, открывая путь к разработке многофункциональных материалов следующего поколения с индивидуальными характеристиками для конкретных загрязнителей окружающей среды.
Предоставлено Университетом Юты.