Nghiên cứu khung Hữu cơ kim loại giúp loại bỏ thuốc diệt cỏ khỏi nước ngầm
Nhóm các nhà khoa học do một nhà hóa học của Đại học bang Oregon (Hoa Kỳ) dẫn đầu đang nghiên cứu một công cụ mới để giải quyết vấn đề toàn cầu về nước ngầm bị nhiễm thuốc diệt cỏ.
Sc-TBAPy giúp loại bỏ 100% glyphosate trong nước
Tiến sĩ Kyriakos Stylianou thuộc Đại học bang Oregon (OSU) dẫn đầu một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã xác định được một vật liệu được gọi là “khung Hữu cơ kim loại”, hay MOF, cho thấy khả năng loại bỏ hoàn toàn và cũng có thể phá vỡ thuốc diệt cỏ glyphosate thường được sử dụng.
MOF là một trong bốn loại được thử nghiệm với sự hợp tác giữa các nhà khoa học từ bang Oregon và Đại học Tiangong ở Trung Quốc, dựa trên chất scandium (ký hiệu hóa học Sc) và một chất liên kết carboxylate, TBAPy.
Tiến sĩ Stylianou cho biết: “Khi tiếp xúc với ánh sáng chỉ trong 5 phút, Sc-TBAPy đã loại bỏ 100% glyphosate trong nước. Ngoài khả năng hấp phụ nhanh hơn và phân hủy quang học hiệu quả hơn glyphosate so với ba MOF TBAPy khác chúng tôi đã xem xét, nó còn phân hủy glyphosate không tạo ra axit độc hại, không giống như ba loại MOF còn lại".
MOF trong thí nghiệm này dựa vào quá trình xúc tác quang. Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng hóa học mà không trải qua bất kỳ thay đổi hóa học vĩnh viễn nào và chất xúc tác quang là vật liệu hấp thụ ánh sáng để đạt mức năng lượng cao hơn, có thể sử dụng năng lượng đó để phá vỡ các chất ô nhiễm thông qua quá trình oxy hóa.
Trong số nhiều ứng dụng của chất xúc tác quang là lớp phủ tự làm sạch cho tường, sàn, trần và đồ nội thất chống vết bẩn và mùi hôi.
Được tạo thành từ các ion kim loại tích điện dương bao quanh bởi các phân tử liên kết Hữu cơ, MOF là vật liệu xốp, có cấu trúc tinh thể có thể điều chỉnh được và các lỗ có kích thước nano. Chúng có thể được thiết kế với nhiều thành phần khác nhau quyết định đặc tính của MOF.
Trong khi đó, Glyphosate, còn được gọi là N-phosphonomethyl glycine hoặc PMG, đã được phun rộng rãi trên các cánh đồng nông nghiệp trong hơn 50 năm qua kể từ lần đầu tiên xuất hiện trên thị trường với tên thương mại Roundup.
TS. Stylianou cho biết : “Glyphosate và các loại thuốc diệt cỏ khác thường được sử dụng để bảo vệ trang trại khỏi sự xâm nhập của cỏ dại, nhưng sự tồn tại của glyphosate trong môi trường có liên quan đến những ảnh hưởng sức khỏe đối với nhiều sinh vật sống bao gồm cả con người”.
"Chỉ một tỷ lệ nhỏ trong tổng lượng PMG được sử dụng được cây trồng hấp thụ và thuốc diệt cỏ thấm vào các kênh nước là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước. Điều đó có nghĩa là phải đưa ra các công nghệ và vật liệu tiên tiến để chống lại vấn đề này”.
Để khám phá khả năng khắc phục PMG của Sc-TBAPy, phòng thí nghiệm của TS. Stylianou đã hợp tác với nhóm do các nhà khoa học Chong Fang, Paul Ha Yeon Cheong và Hongliang Huang đến từ Đại học Tiangong. TS. Stylianou cho biết các cộng tác viên của ông đã cung cấp những hiểu biết quan trọng về đặc tính hấp phụ và hoạt động xúc tác quang của MOF.
TS. Stylianou cho biết một số sinh viên của Đại học bang Oregon cũng đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu này. Nan Chieh Chiu, Jacob Lessard và Emmanuel Musa dẫn đầu tất cả các thí nghiệm và thử nghiệm xúc tác, Logan Lancaster nghiên cứu các đặc tính quang học của vật liệu đang được nghiên cứu và Clara Wheeler kiểm tra bằng máy tính các đặc tính điện tử của chúng.
Nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của OSU, Taylor Krueger, cộng tác viên nghiên cứu Cheng Chen và các nghiên cứu sinh Trenton Gallagher và Makenzie Nord cũng tham gia nghiên cứu.
Những phát hiện đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.