Desarrollo de redes metalorgánicas para aplicaciones medioambientales

Resumen

Uno de los mayores desafíos del siglo XXI, es incrementar la producción de cultivos para abastecer la elevada demanda de alimentos de una población en constante crecimiento. Inevitablemente, esto ha provocado un aumento en el uso de agroquímicos, principalmente fertilizantes y pesticidas, con el fin de maximizar el rendimiento de los cultivos agrícolas. Sin embargo, el uso indiscriminado de estos agroquímicos ha deteriorado la calidad de los ecosistemas acuáticos y terrestres, siendo incluso perjudicial para la salud humana. Los fertilizantes químicos están constituidos mayoritariamente por nitrógeno y fósforo. Sin embargo, a diferencia del nitrógeno, el fósforo es un recurso no renovable que se obtiene fundamentalmente del mineral apatito. Como consecuencia del uso indiscriminado de este recurso finito, se espera que el máximo pico de extracción de roca fosfórica se alcance entre el periodo de 2030-2100. Mientras que el 90 % de la roca fosfórica extraída se utiliza para la producción de fertilizantes, solo una quinta parte llega a la cadena alimentaria global, filtrándose la mayor parte al suelo o medio acuático lo que provoca graves problemas medioambientales (p.ej. la eutrofización). Por otro lado, entre los diferentes tipos de pesticidas que existen en el mercado, los compuestos organofosforados (OPs del inglés, Organophosphorus Pesticides) son los más utilizados (45 % del mercado mundial). Sin embargo, el uso abusivo de estos pesticidas ha provocado una bioacumulación en el medioambiente, con concentraciones que en muchos casos superan los valores límite establecidos legalmente, y que provocan efectos nocivos para la salud. En concreto, estos agentes organofosforados son altamente tóxicos (responsables de 110.000 muertes al año) porque afectan al sistema nervioso central inhibiendo la enzima acetilcolinesterasa (AChE). En este contexto, se hace necesario el desarrollo y puesta en marcha de medidas de detoxificación, tales como: (i) procesos de adsorción de estos pesticidas tóxicos, (ii) degradación de los mismos a sustancias químicas inocuas y/o (iii) tratamiento con reactivadores de la enzima AChE (ej. oximas). En este contexto, esta Tesis Doctoral quiere aportar nuevos estudios acerca del uso de redes metal-orgánicas porosas (MOFs del inglés, Metal-Organic Frameworks) y materiales híbridos basados en ellas, como sistemas de detoxificación y/o recuperación de fósforo. Los MOFs son compuestos de coordinación porosos cristalinos, que poseen una elevada área superficial y, además, son fácilmente funcionalizables. Entre la gran variedad de MOFs descritos en bibliografía, las redes metal-orgánicas basadas en Zr(IV) son de elevado interés, debido a la baja toxicidad del metal, su elevada estabilidad química y la alta afinidad que presentan por compuestos fosforados. Además, estas matrices porosas han demostrado ser eficaces en la degradación hidrolítica de compuestos organofosforados gracias a la combinación en sus estructuras de cationes ácidos de Lewis (Zr4+) y grupos básicos (O/OH-).