Científicos de Novosibirsk, desarrollan material para absorber un peligroso carcinógeno
Novosibirsk, Novosibirsk, Rusia, Asia.- Químicos de Siberia y China han creado un material absorbente para capturar benceno, un compuesto tóxico que aumenta el riesgo de cáncer en trabajadores químicos expuestos a él.
Cristales porosos a base de zinc y moléculas orgánicas absorben hasta el 99,99 % del benceno, lo que permite purificar eficazmente productos químicos y farmacéuticos de las impurezas de esta sustancia peligrosa. Los resultados del estudio, financiado por una subvención de la Fundación Rusa para la Ciencia (RSF), se publicaron en la revista Journal of the American Chemical Society.
El ciclohexano, un hidrocarburo de seis miembros, se utiliza como materia prima para la producción de nailon, que se emplea en la fabricación de tejidos, plásticos y piezas de automóviles. El ciclohexano, a su vez, se obtiene del benceno, otro compuesto cíclico, mediante la adición de átomos de hidrógeno. El benceno es peligroso para los seres humanos: su inhalación aumenta el riesgo de cáncer. Para proteger a los trabajadores de las plantas químicas y a los consumidores de los productos finales de los efectos tóxicos del benceno, es fundamental eliminar por completo sus residuos del ciclohexano. Sin embargo, esto resulta difícil debido a las propiedades físicas casi idénticas de estas sustancias, por lo que los especialistas buscan nuevos métodos eficaces para su separación.
Investigadores del Instituto de Química Inorgánica A.V. Nikolaev, de la Rama Siberiana de la Academia Rusa de Ciencias (Novosibirsk), y colegas de la Universidad Tecnológica de Dalian (China) han sintetizado una estructura metalorgánica que retiene el benceno mediante procesos tanto físicos como químicos.
Los investigadores utilizaron sales de zinc y dos moléculas orgánicas complejas como base. Las mezclaron y las calentaron a 100 °C durante un día y medio. Como resultado, obtuvieron pequeños cristales con poros estrechos en los que quedan atrapadas las moléculas de benceno. Además, estos poros contienen grupos de átomos que interactúan eficazmente con las moléculas de benceno, reteniendo aún más esta sustancia peligrosa dentro del adsorbente.
Los químicos probaron el desarrollo separando mezclas de benceno y ciclohexano en proporciones variables. Se comprobó que el material elimina hasta el 99,99 % del carcinógeno de la mezcla y que puede reutilizarse repetidamente: el absorbente mantuvo su eficacia incluso después de tres ciclos.
«El secreto de la selectividad del material reside en que cada poro estrecho aloja idealmente dos moléculas de benceno. El ciclohexano es algo más grande, por lo que no cabe en dichos espacios. La modelización por ordenador confirmó que la adición de benceno es energéticamente favorable —libera energía adicional—, mientras que la captura de ciclohexano, por el contrario, requeriría un gasto energético y, por lo tanto, es desfavorable», explica Andrey Potapov, Doctor en Ciencias Químicas e Investigador Jefe del Laboratorio de Polímeros de Coordinación Metalorgánicos del Instituto de Química Inorgánica de la Rama Siberiana de la Academia Rusa de Ciencias, quien dirigió el proyecto, financiado por una subvención de la Fundación Rusa para la Ciencia.
Además, el nuevo material puede utilizarse como detector. De hecho, la estructura metalorgánica resultante emite una luz amarillo-verdosa al exponerse a la luz ultravioleta. Al sumergir los cristales en una solución de benceno, su brillo aumenta una vez y media, y el tono de la emisión se aproxima al verde. Este cambio en el brillo y el espectro es perceptible incluso a simple vista.
Es importante destacar que el material demostró ser más sensible que los mejores análogos existentes. Fue capaz de detectar concentraciones de benceno tres veces inferiores a las detectadas por otros absorbentes. Esta característica del nuevo material metalorgánico permitirá la detección temprana de fugas de carcinógenos en plantas de producción química, protegiendo así a los trabajadores de la exposición.
«El material que hemos desarrollado ayudará a reducir el riesgo de cánceres ocupacionales asociados a la exposición al benceno en trabajadores de la industria química y farmacéutica. Además, reducirá el coste de producción de ciclohexano gracias a una purificación más sencilla y rentable de este producto, eliminando esta impureza peligrosa. En el futuro, planeamos desarrollar métodos para producir adsorbentes con mayor volumen de poros para mejorar el rendimiento de separación manteniendo una alta eficiencia», explica Andrey Potapov.
