Proxecto H2020 PSust-MOF: marcos metal-orgánicos como materiais multifuncionais cara á sustentabilidade P
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2020 -2022
- Orzamento asignado 160.932,48 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto PSust-MOF
Para alimentar á crecente poboación mundial, os agricultores necesitan aplicar fertilizantes eficientes, normalmente que conteñen fósforo, para aumentar o rendemento dos cultivos. A maior parte do fósforo utilizado nos fertilizantes procede da rocha fosfatada, un recurso finito. As armazóns metal-orgánicas a base de circonio (Zr-MOF) considéranse materiais axeitados para a recuperación de fosfato tanto das augas residuais como das augas eutrofizadas para producir fertilizantes P, debido ás súas grandes superficies, estabilidade da auga e forte afinidade co fosfato.
O proxecto PSust-MOF financiado pola UE ten como obxectivo mellorar o uso circular de fertilizantes baseados en fosfatos. 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 de fósforo prodúcense principalmente mediante a extracción de rochas fosfóricas (PR) non renovables, e os procesos de produción e aplicación ineficientes causan danos ambientais dramáticos. Unha nova normativa europea sobre fertilizantes fomenta o desenvolvemento de novas estratexias que conduzan a unha economía circular.
O fosfato podería ser recuperado tanto das augas residuais como da auga eutrofizada para producir fertilizantes fosfatados. Non obstante, as taxas de recuperación actuais non poden satisfacer toda a demanda de P. Polo tanto, tamén se necesitan con urxencia novos métodos para unha produción máis sostible de fertilizantes fosfatados. Os marcos metal-orgánicos a base de circonio (Zr-MOF) son materiais cristalinos porosos de fácil funcionalización que presentan grandes superficies, estabilidade na 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 altamente estables. Polo tanto, poderían mellorar a disolución da rocha fosfatada en condicións máis suaves, mitigando os riscos ambientais da minería de fosfato. Desafortunadamente, os Zr-MOF prepáranse a miúdo usando disolventes orgánicos tóxicos, o que limita o seu progreso industrial.
O proxecto titulado "Marcos metal-orgánicos como materiais multifuncionais cara á sustentabilidade P" (PSust-MOF) aborda a produción máis ecolóxica de Zr-MOF con características de partículas controladas mediante o uso de auga como disolvente. Identificaranse as principais características que determinan tanto o proceso de recuperación do P como o fomento da disolución da apatita (compoñente principal do PR). Este coñecemento permitirá probar o deseño de materiais Zr-MOF avanzados, para a recuperación de P ou a disolución de PR, en condicións do mundo real. 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 Zr-MOF tamén favorecerá o seu avance industrial en múltiples campos.
Absorción de fertilizantes fosfatados das augas residuais agrícolas Un equipo de investigadores da Unión Europea creou armazóns metal-orgánicos a base de circonio para absorber os contaminantes das 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 o fósforo ao chan, o que ten un impacto negativo no medio ambiente e na saúde humana", explica Jorge Rodríguez Navarro, profesor da Universidade de Granada. Co apoio do proxecto PSust-MOF (Metal-Organic Frameworks as Multifunctional Materials to P-sustainability), financiado pola UE, Rodríguez Navarro, xunto co seu compañeiro e investigador Francisco Carmona, liderou un esforzo para crear unha economía circular para o fósforo. “O principal obxectivo do proxecto era desenvolver un adsorbente innovador capaz de desintoxicar as augas residuais agrícolas mediante a recuperación e reutilización de fertilizantes fosfatados”, explica Carmona.
Marcos metal-orgánicos sostibles Para acadar este obxectivo, o proxecto, que recibiu o apoio do programa Marie Skłodowska-Curie Actions, centrouse nunha clase emerxente de materiais porosos chamados armazóns metal-orgánicos a base de 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 armazóns metal-orgánicas fan que sexan materiais prometedores para unha gran variedade de aplicacións”, sinala Rodríguez Navarro. "Desafortunadamente, adoitan prepararse con disolventes tóxicos e en condicións duras". Pola contra, os investigadores demostraron a viabilidade de sintetizar Zr-MOF mediante un enfoque asistido por microondas.
O proceso innovador utiliza auga como disolvente e pode modular de xeito sinxelo e fino o tamaño das partículas dos materiais resultantes. "Facendo a súa produción industrial máis fácil, menos custosa e máis sostible, este proceso facilitará o uso real destes materiais", engade Carmona. Capacidade para absorber ións fosfato Ademais de desenvolver un proceso sostible para fabricar materiais 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 de forma reversible ións fosfato, senón que tamén son capaces de degradar simultaneamente os pesticidas organofosforados tóxicos en compostos inofensivos", afirma Rodríguez Navarro. "Esta capacidade abre a porta á desintoxicación das augas residuais das actividades agrícolas". Abordar os retos da escaseza e a ineficiencia A escaseza de fósforo e a ineficiencia dos fertilizantes son dous obstáculos fundamentais para lograr un sector agrícola produtivo sustentable. O proxecto PSust-MOF axudou a superar ambos. "Ao recuperar o fósforo das augas residuais agrícolas e despois reutilizar ese fósforo para crear fertilizantes novos e eficaces, o noso traballo demostra o potencial dos marcos metal-orgánicos para abordar simultáneamente os desafíos da escaseza e a ineficiencia creando unha economía circular do fosfato", sinala Carmona.
"Este proxecto sensibilizou sobre a sustentabilidade do fósforo e demostrou como a investigación é clave para atopar estratexias e solucións para superar estes importantes retos", engade Rodríguez Navarro. Os investigadores traballan actualmente para avanzar na procesabilidade dos materiais metal-orgánicos mediante compostos ou matrices de membrana mixtas, un avance que permitiría producirlos a escala.
- UNIVERSIDAD DE GRANADA (UGR)
Proxectos relacionados
