Proyecto H2020 PSust-MOF: Estructuras metal-orgánicas como materiales multifuncionales hacia la P-sostenibilidad

Absorción de fertilizantes fosfatados de las aguas residuales agrícolas Un equipo de investigadores de la Unión Europea creó estructuras metal-orgánicas a base de circonio para absorber los contaminantes de las aguas residuales agrícolas y reutilizarlos en nuevos fertilizantes. Aunque los fertilizantes químicos son una parte esencial de la agricultura moderna, están lejos de ser perfectos. "Los fertilizantes convencionales no solo son muy ineficientes, sino que muchos filtran fósforo al suelo, lo que tiene un impacto negativo en el medio ambiente y en la salud humana", afirma Jorge Rodríguez Navarro, profesor de la Universidad de Granada. Con el apoyo del proyecto financiado con fondos europeos PSust-MOF (Metal-Organic Frameworks as multifunctional materials towards P-sustainability), Rodríguez Navarro, junto con su colega e investigador Francisco Carmona, lideró un esfuerzo para crear una economía circular del fósforo. «El objetivo principal del proyecto era desarrollar un adsorbente innovador capaz de desintoxicar las aguas residuales agrícolas mediante la recuperación y reutilización de fertilizantes fosfatados», explica Carmona. 

Estructuras metal-orgánicas sostenibles Para lograr este objetivo, el proyecto, que recibió apoyo del programa de Acciones Marie Sk?odowska-Curie, se centró en una clase emergente de materiales porosos llamados estructuras metal-orgánicas a base de circonio, o Zr-MOF, que tienen una gran afinidad por los grupos fosfato. Pero los investigadores no querían simplemente crear Zr-MOF, querían hacerlo de manera sostenible. "Las excepcionales propiedades de las estructuras metal-orgánicas las convierten en materiales prometedores para una gran variedad de aplicaciones", comenta Rodríguez Navarro. "Desafortunadamente, por lo general se preparan con solventes tóxicos y en condiciones adversas". En cambio, los investigadores demostraron la viabilidad de sintetizar Zr-MOF a través de un enfoque asistido por microondas. 

El innovador proceso utiliza agua como disolvente y puede modular fácil y finamente el tamaño de partícula de los materiales resultantes. "Al hacer que su producción industrial sea más fácil, menos costosa y más sostenible, este proceso facilitará el uso real de estos materiales", añade Carmona. Capacidad para absorber iones de fosfato Más allá de desarrollar un proceso sostenible para fabricar materiales Zr-MOF, el proyecto también demostró la capacidad de estos materiales para absorber de manera eficiente iones de fosfato en concentraciones relevantes. Una vez que se capturan los iones de fosfato, se pueden reutilizar en la fabricación de nuevos fertilizantes absorbentes de fosfato. 

"Hemos demostrado que los Zr-MOF no solo pueden adsorber iones de fosfato de forma reversible, sino que son capaces de degradar simultáneamente pesticidas organofosforados tóxicos en compuestos inocuos", dice Rodríguez Navarro. "Esta capacidad abre la puerta a poder desintoxicar las aguas residuales derivadas de las actividades agrícolas". Abordar los desafíos de la escasez y la ineficiencia La escasez de fósforo y la ineficiencia de los fertilizantes son dos obstáculos fundamentales para lograr un sector agrícola productivo de manera sostenible. El proyecto PSust-MOF ha ayudado a superar ambas cosas. «Al recuperar el fósforo de las aguas residuales agrícolas y luego reutilizar ese fósforo en la creación de nuevos fertilizantes efectivos, nuestro trabajo demuestra el potencial de los marcos metal-orgánicos para abordar simultáneamente los desafíos de escasez e ineficiencia mediante la creación de una economía circular de fosfato», señala Carmona. 

"Este proyecto ha conseguido concienciar sobre la sostenibilidad del fósforo y ha demostrado cómo la investigación es la clave para encontrar estrategias y soluciones que permitan superar estos importantes retos", añade Rodríguez Navarro. Los investigadores están trabajando actualmente para avanzar en la procesabilidad de materiales metal-orgánicos utilizando compuestos o matrices de membranas mixtas, un avance que permitiría producirlos a escala.