ZEO-3 UN DESCUBRIMIENTO QUE ABRE LA PUERTA A LA DESCONTAMINACIÓN AMBIENTAL

Figura 1: cuidado del medio ambiente. [1]

Un equipo internacional con la participación del CSIC ha creado la zeolita estable más porosa del momento, ZEO-3. Son silicatos con estructura microporosa que tienen una gran variedad de aplicaciones como catalizadores, adsorbentes e intercambiadores de cationes. Las zeolitas a base de sílice con una mayor porosidad están muy demandadas para permitir la adsorción y el proceso de moléculas grandes pero su síntesis es compleja.

Esta zeolita está formada mediante una condensación topotáctica que consiste en que moléculas se organizan y cambian de forma mientras están en su lugar, como si ajustamos las piezas del rompecabezas sin moverlas mucho de su sitio. Ya que las moléculas quieren lograr una mayor organización, pasando así de una cadena de silicato 1D a una zeolita 3D.

Con un área de superficie específica de más 1000 metros cuadrados por gramo, ZEO-3 muestra un alto rendimiento para la reducción y recuperación de compuestos orgánicos volátiles en comparación con otras zeolitas.

El tamaño de las moléculas que pueden entrar, difundirse y reaccionar en zeolitas está limitado por el tamaño de sus poros que se describen como de "dimensiones moleculares", lo que significa que son del tamaño de moléculas pequeñas. En algunas aplicaciones, los poros pequeños mejoran la selectividad de la reacción pero para otras como el procesamiento de moléculas grandes de petróleo o la reacción de moléculas contaminantes orgánicos conviene tener un tamaño de poro mayor. 

La búsqueda de zeolitas con mayor tamaño de poro tiene una explicación, y consiste en que cuanto mayor sea el tamaño de sus poros, moléculas más grandes pueden procesar, además en zeolitas de una dimensión se procesan peor que en tres dimensiones, yaqué con una a pesar de que sea grande es fácil que se bloquee.

Éstas se pueden obtener por condensación de silicatos a  través de un proceso topotáctico, es decir, sin alterar las capas de los silicatos. 

Figura 2: Miguel Camblor, uno de los responsables de esta investigación,
 junto con la estructura de ZEO-3 [2]

La naturaleza de los poros extragrandes de ZEO-3 dio como resultado un valor de densidad muy bajo en comparación con otras zeolitas de silicato como las de aluminio. La densidad es de solo 1,27g/cm3, menos de la mitad de la densidad del cuarzo y cercana a la del agua. Los poros extragrandes de ZEO-3 permitieron la difusión y adsorción de moléculas grandes como el azul de Nilo, que sugiere el potencial de eliminación de grandes contaminantes orgánicos de líquidos residuales.El desarrollo de adsorbentes con alta capacidad de adsorción y fácil regeneración es fundamental para una adsorción exitosa.Las zeolitas se encuentran entre los mejores adsorbentes dada su microporosidad, alta capacidad de adsorción y no inflamabilidad. En términos de rendimiento, hay que decir que ZEO-3 después de su reciclaje, lo mantuvo, en comparación con otras zeolitas que no lo logran. Por otro lado, tras cinco ciclos de adsorción, ZEO-3 permaneció estable mientras que otros patrones son destruidos.

Figura 3: Visualización STEM de la cadena de silicatos 1D ZEO-2 y la zeolita 3D ZEO-3 [3]

Actualmente se requieren sobre todo para permitir la adsorción y el procesamiento de moléculas grandes.

 

Tras 80 años de investigación es esta área, este grupo de investigación ha logrado crear la zeolita con mayor tamaño de poro y que además sea estable, pasando de 7 angstroms (zeolitas estables anteriores) a 10 angstroms.

 

CURIOSIDADES 

• Poros más grandes en 3D a partir de una sílice 1D lo cual no se había conseguido anteriormente, ya que solo se había logrado de una 2D a una 3D.

• Al ser una zeolita formada 100% por sílice, no puede tener capacidad catalítica pero si de absorción de compuestos lo que va a permitir eliminar contaminantes del aire e incluso de agua en ambientes con productos orgánicos volátiles que sean nocivos.

Gracias a este descubrimiento se podrá avanzar mucho para lograr reducir la contaminación ambiental, aunque todavía se debería profundizar en la investigación de este tipo de zeolitas para poder alcanzar otros logros como la capacidad catalítica del ZEO-3.

Realizado por: 

Ángela Carmona Fernández

Lucía López Cruz 

REFERENCIAS

- A 3D extra-large-pore zeolite enabled by 1D-to-3D topotactic condensation of a chain silicate https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade1771#tab-citations (Fecha de acceso 18/10/2024)

-Crean una nueva zeolita de poro extragrande 3D que abre una vía a la descontaminación de agua y gas https://www.csic.es/es/actualidad-del-csic/crean-una-nueva-zeolita-de-poro-extragrande-3d-que-abre-una-la-descontaminacion-de-agua-y-gas (Fecha de acceso 18/10/2024)

- [1] Como cuidar el medio ambiente  https://www.lineaverdecarbajosadelasagrada.es/lv/consejos-ambientales/conciencia-ambientual/Como-cuidar-del-medio-ambiente.asp (Fecha de acceso 19/12/2024)

- [2] Crean una nueva zeolita de poro extragrande 3D https://inma.unizar-csic.es/crean-una-nueva-zeolita-de-poro-extragrande-3d/ (Fecha de acceso 27/11/2024)

- [3] A 3D extra-large-pore zeolite enabled by 1D-to-3D topotactic condensation of a chain silicate https://www.science.org/cms/10.1126/science.ade1771/asset/26c6d4cf-3ba8-403d-94ee-f49bf43eb4f1/assets/images/large/science.ade1771-f4.jpg (Fecha de acceso 1/12/2024)