Proxecto H2020 PSust-MOF: Estruturas metalorgánicas como materiais multifuncionais cara á P-sostibilidade
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2020 -2022
- Orzamento asignado 160.932,48 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto PSust-MOF
Para alimentar a crecente poboación mundial, os agricultores necesitan aplicar fertilizantes eficientes, que normalmente conteñen fósforo, para aumentar o rendemento das colleitas. A maior parte do fósforo empregado nos fertilizantes provén da rocha fosfórica, un recurso finito. As estruturas metalorgánicas baseadas en circonio (Zr-MOF) considéranse materiais axeitados para recuperar fosfato tanto de augas residuais como de augas eutrofizadas para producir fertilizantes fosfatados, debido ás súas grandes áreas superficiais, estabilidade na auga e forte afinidade co fosfato.
O proxecto PSust-MOF, financiado pola UE, ten como obxectivo mellorar o uso circular de fertilizantes a base de fosfato. Ademais, o proxecto empregará auga como medio de reacción para a síntese de Zr-MOF, compatible cos requisitos da produción industrial.
O uso eficiente de fertilizantes químicos é esencial para abordar o Obxectivo de Desenvolvemento Sostible 2: Fame cero. En concreto, os fertilizantes con fósforo prodúcense principalmente mediante a minería de rocha fosfórica non renovable (PR), e os procesos de produción e aplicación ineficientes causan danos ambientais drásticos. Un novo regulamento europeo sobre fertilizantes fomenta o desenvolvemento de novas estratexias que leven a unha economía circular.
O fosfato podería recuperarse tanto das augas residuais como das augas eutrofizadas para producir fertilizantes con fosfato. Non obstante, as taxas de recuperación actuais non poden cubrir toda a demanda de P. Polo tanto, tamén se necesitan con urxencia novos métodos para unha produción máis sostible de fertilizantes fosfatados. As estruturas metalorgánicas baseadas en circonio (Zr-MOF) son materiais cristalinos porosos fáciles de funcionalizar que presentan grandes áreas superficiais, estabilidade á auga e unha forte afinidade polo fosfato.
Polo tanto, poderían actuar como adsorbentes prometedores para a recuperación de P. Ademais, recentemente demostrouse que promoven a disolución de minerais moi estables. Polo tanto, poderían mellorar a disolución da rocha fosfórica en condicións máis suaves, mitigando os riscos ambientais da minería de rocha fosfórica. Desafortunadamente, os Zr-MOF prepáranse a miúdo empregando solventes orgánicos tóxicos, o que limita o seu progreso industrial.
O proxecto titulado "Estruturas metalorgánicas como materiais multifuncionais cara á sustentabilidade do fosfato" (PSust-MOF) aborda a produción máis ecolóxica de MOF de Zr con características de partículas controladas mediante o uso de auga como disolvente. Identificaranse as principais características que determinan tanto o proceso de recuperación de P como a promoción da disolución da apatita (compoñente principal da PR). Este coñecemento permitirá probar o deseño de materiais avanzados de Zr-MOF, para a recuperación de P ou a disolución de PR, en condicións reais. Espérase que os resultados do proxecto non só teñan un impacto significativo na sustentabilidade do P. Dada a ampla gama de aplicacións dos MOF, o deseño máis respectuoso co medio ambiente dos MOF de Zr tamén fomentará o seu avance industrial en múltiples campos.
Absorción de fertilizantes de fosfato de augas residuais agrícolas Un equipo de investigadores da Unión Europea creou estruturas metalorgánicas a base de circonio para absorber contaminantes de augas residuais agrícolas e reutilizalos en novos fertilizantes. Aínda que os fertilizantes químicos son unha parte esencial da agricultura moderna, están lonxe de ser perfectos. «Os fertilizantes convencionais non só son moi ineficientes, senón que moitos lixivian fósforo no solo, o que ten un impacto negativo no medio ambiente e na saúde humana», afirma Jorge Rodríguez Navarro, profesor da Universidade de Granada. Co apoio do proxecto financiado pola UE PSust-MOF (Estruturas metálicas-orgánicas como materiais multifuncionais cara á sustentabilidade da P), Rodríguez Navarro, xunto co seu colega e investigador Francisco Carmona, liderou un esforzo para crear unha economía circular para o fósforo. "O obxectivo principal do proxecto era desenvolver un adsorbente innovador capaz de desintoxicar as augas residuais agrícolas mediante a recuperación e reutilización de fertilizantes fosfatados", explica Carmona.
Estruturas metalorgánicas sostibles Para acadar este obxectivo, o proxecto, que recibiu apoio do programa Marie Skłodowska-Curie Actions, centrouse nunha clase emerxente de materiais porosos chamados estruturas metalorgánicas baseadas en circonio, ou Zr-MOF, que teñen unha alta afinidade polos grupos fosfato. Pero os investigadores non só querían crear Zr-MOF; querían facelo de forma sostible. «As excepcionais propiedades das estruturas metalorgánicas convértenas en materiais prometedores para unha ampla variedade de aplicacións», afirma Rodríguez Navarro. "Desafortunadamente, adoitan prepararse con solventes tóxicos e en condicións adversas." En cambio, os investigadores demostraron a viabilidade de sintetizar Zr-MOF mediante unha abordaxe asistida por microondas.
O innovador proceso emprega auga como disolvente e pode modular de xeito sinxelo e preciso o tamaño das partículas dos materiais resultantes. "Ao facilitar, reducir e sostible a súa produción industrial, este proceso facilitará o uso real destes materiais", engade Carmona. Capacidade para absorber ións fosfato Ademais de desenvolver un proceso sostible para fabricar materiais de Zr-MOF, o proxecto tamén demostrou a capacidade destes materiais para absorber eficientemente ións fosfato en concentracións relevantes. Unha vez capturados os ións fosfato, pódense reutilizar na fabricación de novos fertilizantes absorbentes de fosfato.
«Demostramos que os Zr-MOF non só poden adsorber reversiblemente ións fosfato, senón que tamén son capaces de degradar simultaneamente pesticidas organofosforados tóxicos en compostos inofensivos», afirma Rodríguez Navarro. "Esta capacidade abre a porta á desintoxicación das augas residuais das actividades agrícolas." Abordar os desafíos da escaseza e a ineficiencia A escaseza de fósforo e a ineficiencia dos fertilizantes son dous obstáculos clave para lograr un sector agrícola produtivo e sostible. O proxecto PSust-MOF axudou a superar ambos. "Ao recuperar o fósforo das augas residuais agrícolas e logo reutilizalo para crear novos fertilizantes eficaces, o noso traballo demostra o potencial das estruturas metalorgánicas para abordar simultaneamente os desafíos da escaseza e a ineficiencia mediante a creación dunha economía circular do fosfato", sinala Carmona.
«Este proxecto sensibilizou á poboación sobre a sustentabilidade do fósforo e demostrou como a investigación é fundamental para atopar estratexias e solucións que permitan superar estes importantes desafíos», engade Rodríguez Navarro. Os investigadores están a traballar actualmente para avanzar na procesabilidade de materiais metalorgánicos empregando materiais compostos ou matrices de membrana mixtas, un avance que permitiría producilos a escala.
- UNIVERSIDAD DE GRANADA (UGR)
Proxectos relacionados
