New hybrid materials based on metal-organic frameworks for the removal of organic pollutants

Resum

La creixent sensibilització respecte als efectes negatius que les activitats industrials i humanes tenen sobre el medi ambient i la salut pública i, més concretament, sobre els recursos hídrics, ha donat lloc al desenvolupament de noves estratègies per a la mitigació de l¿impacte que tenen aquestes activitats, convertint-lo en un dels reptes socials més importants en l¿actualitat. Entre les estratègies proposades per garantir una gestió eficient de l¿aigua i el compliment de les normes de qualitat ambiental, es troba el desenvolupament de materials que permetin l¿extracció i l¿eliminació de contaminants ambientals. En la present Tesis Doctoral s¿ha duit a terme el desenvolupament de nous materials derivats de xarxes metal·loorgàniques (MOFs) per a la eliminació de contaminants tals com colorants, fenols i productes farmacèutics. Per la qual cosa s¿han sintetitzat diferent tipus de MOFs i, a partir d¿aquests s¿han preparat carbons porosos i òxids metàl·lics. A més, amb l¿objectiu de facilitar la seva aplicabilitat, els materials preparats s¿han incorporats en suports com membranes, agitadors magnètics o dispositius impresos en 3D. Els diferents materials obtinguts s¿han caracteritzat mitjançant les tècniques instrumentals adequades i s¿ha estudiat la seva aplicabilitat per a l¿adsorció o degradació fotocatalítica de diferents contaminants. En el primer treball s¿ha duit a terme la preparació d¿un membrana composta d¿un carbó porós derivat d¿una xarxa metal·loorgànica de tipus MIL-125-NH2 per a l¿extracció de composts fenòlics. El carbó derivat (C-MIL-125-NH2) s¿ha preparat mitjançant la carbonització a alta temperatura del MOF precursor en atmosfera de nitrogen. El material obtingut ha demostrat una ràpida cinètica d¿adsorció de bisfenol A i 4-tert-butilfenol, assolint l¿equilibri en 25 minuts. A més, amb un senzill procés de recobriment, s¿ha obtingut una membrana composta d¿aquest carbó (C-MIL-125-NH2- HM) per a l¿extracció en flux dels fenols en estudi, demostrant una bona reciclabilitat, excel·lent propietats de flux i una elevada eficiència per a la preconcentració de ambdós fenols. En el segon treball s¿ha descrit la preparació d¿un òxid de titani derivat d¿una xarxa metal·loorgànica de tipus NTU-9. Aquest òxid de titani (TiO2-NTU-9) s¿ha obtingut mitjançant l¿oxidació a 450 ¿C del MOF precursor. El TiO2-NTU-9 assoleix el 100% de degradació del blau de metilè (MB) en 2 hores gràcies a que presenta una estructura mixta de fase anatasa i rutil, així com un dopatge de carboni. A més, mitjançant un mètode de deposició simple, s¿ha preparat un agitador recobert de l¿òxid de titani (TiO2-NTU-9-S) i s¿ha aplicat a la eliminació de MB, demostrant una excel·lent i fàcil reciclabilitat. Finalment, en el tercer i darrer treball, per tal de potenciar la capacitat d¿adsorció de la xarxa metal·loorgànica MIL-100-Fe, s¿ha duit a terme la modificació post-sintètica de la mateixa amb grups sulfònics mitjançant la incorporació del àcid aminometansulfònic (AMSA) en el centres metàl·lics descoordinats. El material obtingut, MIL-100-Fe-AMSA, s¿ha utilitzat per a l¿extracció de diclofenac (DCF), obtenint una elevada capacitat d¿extracció (476 mg·g-1) gràcies a la gran afinitat del DCF per el grups sulfònics. El MOF funcionalitzat s¿ha immobilitzat en una columna impresa en 3D, facilitant el seu ús per a l¿extracció, preconcentració i anàlisis de baixos nivells de DCF i ketoprofén en mostres d¿aigua.