Wetenschappers onder leiding van een chemieonderzoeker van de Oregon State University naderen een nieuw instrument om het mondiale probleem van met onkruidverdelgers besmet grondwater aan te pakken.

Kyriakos Stylianou van het OSU College of Science leidde een internationaal team dat een materiaal identificeerde dat bekend staat als een metaal-organisch raamwerk, of MOF, dat het vermogen vertoonde om het vaak gebruikte herbicide glyfosaat volledig te verwijderen en ook af te breken.

De MOF, een van de vier getest in een samenwerking tussen wetenschappers van de Oregon State en de Tiangong Universiteit in China, is gebaseerd op scandium, het chemische symbool Sc, en een carboxylaatlinker, TBAPy.

"Bij slechts vijf minuten blootstelling aan licht elimineerde Sc-TBAPy 100% van het glyfosaat in water," zei Stylianou. "Naast de snellere adsorptie en efficiëntere fotodegradatie van glyfosaat vergeleken met de andere drie TBAPy MOF's die we hebben bekeken, degradeerde het ook het glyfosaat zonder een giftig zuur te produceren, in tegenstelling tot de andere drie."

De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Communications .

De MOF's in dit experiment zijn afhankelijk van fotokatalyse. Een katalysator is een stof die de snelheid van een chemische reactie verhoogt zonder zelf een permanente chemische verandering te ondergaan, en fotokatalysatoren zijn materialen die licht absorberen om een ​​hoger energieniveau te bereiken en die energie kunnen gebruiken om organische verontreinigingen door oxidatie af te breken.

Tot de vele toepassingen van fotokatalysatoren behoren zelfreinigende coatings voor vlek- en geurbestendige muren, vloeren, plafonds en meubels.

MOF's bestaan ​​uit positief geladen metaalionen omgeven door organische linkermoleculen en zijn kristallijne, poreuze materialen met instelbare structurele eigenschappen en poriën van nanogrootte. Ze kunnen worden ontworpen met een verscheidenheid aan componenten die de eigenschappen van de MOF bepalen.

Glyfosaat, ook bekend als N-fosfonomethylglycine of PMG, is de afgelopen 50 jaar op grote schaal op landbouwvelden gespoten sinds het voor het eerst op de markt verscheen onder de handelsnaam Roundup.

"Glyfosaat en andere herbiciden worden vaak gebruikt om boerderijen te beschermen tegen onkruidplagen, maar de persistentie van glyfosaat in het milieu wordt in verband gebracht met mogelijke gezondheidseffecten op verschillende levende organismen, waaronder de mens", aldus Stylianou.

"Slechts een klein percentage van de totale hoeveelheid toegepaste PMG wordt opgenomen door gewassen, en herbiciden die in waterkanalen terechtkomen zijn een primaire oorzaak van watervervuiling. Dat betekent dat het van cruciaal belang is om met innovatieve technologieën en materialen te komen om dit probleem te bestrijden."

Om de PMG-herstelcapaciteiten van Sc-TBAPy bloot te leggen, werkte het laboratorium van Stylianou samen met groepen onder leiding van Chong Fang, Paul Ha Yeon Cheong en Hongliang Huang van de Tiangong Universiteit. Stylianou zei dat zijn medewerkers belangrijke inzichten verschaften in de adsorptie-eigenschappen en fotokatalytische activiteit van het MOF.

Een aantal afgestudeerde studenten uit Oregon State speelden ook een belangrijke rol in het onderzoek, zei Stylianou. Nan Chieh Chiu, Jacob Lessard en Emmanuel Musa leidden alle experimenten en katalysetests, Logan Lancaster onderzocht de optische eigenschappen van de onderzochte materialen en Clara Wheeler onderzocht computationeel hun elektronische eigenschappen.

OSU postdoctoraal onderzoeker Taylor Krueger, onderzoeksmedewerker Cheng Chen en studenten Trenton Gallagher en Makenzie Nord namen ook deel aan het onderzoek.

Meer informatie: Chiu, N.C., et al. Opheldering van de rol van metalen in de adsorptie en fotodegradatie van herbiciden door metaal-organische raamwerken. Natuurcommunicatie (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45546-y

Aangeboden door Oregon State University