Captura de arsénico con MOFs basados en clusters de circonio(IV) para remediación ambiental

Abstract

En muchas regiones del mundo se consume agua contaminada por especies de arsénico(III) y (V) que sobrepasa los valores máximos establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS). Para capturar esas especies se pueden utilizar, entre otros, compuestos de coordinación de tipo MOF (Metal-organic frameworks), que son materiales porosos muy versátiles. Concretamente, los MOFs de circonio(IV) basados en clusters hexaméricos de tipo Zr6(μ3-O)4(μ3-OH)4(μ2-COO)12 están siendo estudiados para la adsorción de diversas especies químicas. En este sentido, se están usado estrategias de generación de defectos en la esfera de coordinación para favorecer la captura de las especies deseadas y en este trabajo se utilizará para ello la adición de ácido fórmico (H-COOH). Por otra parte, los clusters actúan como nodos y se unen a través de ligandos orgánicos para dar lugar a los MOFs deseados. En este trabajo se ha escogido el ácido tiomálico (H2C4SH4O4) como ligando, que cuenta con un grupo tiol (SH). Con este ligando se pretende aprovechar la afinidad del arsénico(III) por el azufre para favorecer su quimiadsorción. Así, se han sintetizado cuatro materiales de fórmula general [Zr6O4(OH)4+y(C4SH4O4)6-x(H2O)y(HCOO)z] donde 2x=y+z, que se diferencian en la cantidad de ácido fórmico utilizado en la síntesis. Estos materiales se han caracterizado mediante las técnicas de difracción de rayos X (DRX), termodifracción de rayos X (TDX), espectroscopía infrarroja (IR), resonancia magnética nuclear (RMN), análisis termogravimétrico (TG) y análisis elemental (AE). Además, se ha estudiado su capacidad de adsorción de especies de AsIII y AsV, con mejores resultados que algunos materiales tradicionales. Por otra parte, los materiales adsorben en mayor medida las especies de AsV.

In many regions of the world, water contaminated with arsenic(III) and (V) species is consumed, exceeding the maximum values set by the World Health Organisation (WHO). MOFs (metal-organic frameworks), which are very versatile porous materials, can be used to capture these species. Specifically, zirconium(IV) MOFs based on Zr6(μ3-O)4(μ3-OH)4(μ2-COO)12 hexameric clusters are being studied for the adsorption of various chemical species. In this sense, strategies to generate defects in the coordination sphere are being used to favour the capture of the desired species and in this work the addition of formic acid (H-COOH) will be used for this purpose. On the other hand, the clusters act as nodes and bind via organic ligands to give rise to the desired MOFs. In this work, the thiomalic acid ligand (H2C4SH4O4) with a thiol group (SH) has been chosen. The aim of this ligand is to take advantage of the affinity of arsenic(III) for sulphur to favour its chemiadsorption. Thus, four materials of general formula [Zr6O4(OH)4+y(C4SH4O4)6-x(H2O)y(HCOO)z] where 2x=y+z have been synthesised, which differ in the amount of formic acid used in the synthesis. These materials have been characterised by X-ray diffraction (XRD), X-ray thermodiffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR), nuclear magnetic resonance (NMR), thermogravimetric analysis (TGA) and elemental analysis (EA). In addition, their adsorption capacity for AsIII and AsV species has been studied, with better results than some traditional materials. On the other hand, the materials adsorb AsV species to a greater extent.