Metal-organisk rammeforskning gør et vigtigt fremskridt i retning af at fjerne pesticider fra grundvandet

Forskere ledet af en kemiforsker fra Oregon State University nærmer sig et nyt værktøj til at tackle det globale problem med ukrudtsbesmittet grundvand.

Kyriakos Stylianou fra OSU College of Science ledede et internationalt hold, der identificerede et materiale kendt som en metal-organisk ramme eller MOF, der viste en evne til fuldstændigt at fjerne og også nedbryde det ofte anvendte herbicid glyphosat.

MOF, en af ​​fire testet i et samarbejde mellem forskere fra Oregon State og Tiangong University i Kina, er baseret på scandium, kemisk symbol Sc og en carboxylatlinker, TBAPy.

"Når de blev udsat for lys i kun fem minutter, eliminerede Sc-TBAPy 100% af glyphosat i vand," sagde Stylianou. "Ud over dens hurtigere adsorption og mere effektive fotonedbrydning af glyphosat sammenlignet med de tre andre TBAPy MOF'er, vi kiggede på, nedbrød den også glyphosatet uden at producere en giftig syre, i modsætning til de tre andre."

Resultaterne blev offentliggjort i Nature Communications .

MOF'erne i dette eksperiment er afhængige af fotokatalyse. En katalysator er et stof, der øger hastigheden af ​​en kemisk reaktion uden selv at gennemgå nogen permanent kemisk ændring, og fotokatalysatorer er materialer, der absorberer lys for at nå et højere energiniveau og kan bruge denne energi til at nedbryde organiske forurenende stoffer gennem oxidation.

Blandt fotokatalysatorers mange anvendelsesmuligheder er selvrensende belægninger til plet- og lugtbestandige vægge, gulve, lofter og møbler.

MOF'er, der består af positivt ladede metalioner omgivet af organiske linkermolekyler, er krystallinske, porøse materialer med afstembare strukturelle egenskaber og porer i nanostørrelse. De kan designes med en række forskellige komponenter, der bestemmer MOF's egenskaber.

Glyphosat, også kendt som N-phosphonomethylglycin eller PMG, er blevet sprøjtet i vid udstrækning på landbrugsmarker i løbet af de sidste 50 år, siden det først kom på markedet under handelsnavnet Roundup.

"Glyphosat og andre herbicider bruges almindeligvis til at beskytte gårde mod ukrudtsangreb, men vedvarende glyphosat i miljøet er blevet forbundet med potentielle sundhedseffekter på forskellige levende organismer, herunder mennesker," sagde Stylianou.

"Kun en lille procentdel af den samlede mængde af påført PMG optages af afgrøder, og herbicider, der udvaskes i vandkanaler, er en primær årsag til vandforurening. Det betyder, at det er afgørende at komme med innovative teknologier og materialer til at bekæmpe dette problem."

For at afdække PMG-remedieringsevnerne ved Sc-TBAPy samarbejdede Stylianous laboratorium med grupper ledet af Chong Fang, Paul Ha Yeon Cheong og Hongliang Huang ved Tiangong University. Stylianou sagde, at hans samarbejdspartnere gav nøgleindsigt i MOF's adsorptionsegenskaber og fotokatalytiske aktivitet.

En række af Oregon State kandidatstuderende spillede også vigtige roller i undersøgelsen, sagde Stylianou. Nan Chieh Chiu, Jacob Lessard og Emmanuel Musa ledede alle eksperimenterne og katalysetestningen, Logan Lancaster undersøgte de optiske egenskaber af de materialer, der blev forsket i, og Clara Wheeler undersøgte deres elektroniske egenskaber ved beregning.

OSU postdoc-forsker Taylor Krueger, forskningsassistent Cheng Chen og kandidatstuderende Trenton Gallagher og Makenzie Nord deltog også i undersøgelsen.

Flere oplysninger: Chiu, N.C., et al. Belysning af metallers rolle i adsorption og fotonedbrydning af herbicider af metalorganiske strukturer. Naturkommunikation (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45546-y

Leveret af Oregon State University