Syntetiska färgämnen är vanliga ingredienser i textilindustrin, men på grund av deras allmänna användning, de hittar ofta in i vattenkroppar från industriellt avloppsvatten, där de förorenar vattnet och hotar vattensäkerheten.

Att ta bort dessa förorenande färgämnen kan uppnås genom adsorption, där färgämnena samlas upp i porerna i mycket porösa material som avlägsnar föroreningarna från vatten och fångar dem i porerna.

Dr Dinesh Shetty, Docent i kemi, har skapat en avstämningsbar, tvådimensionellt polymert nätverk från en organisk makrocykel kallad kalixarener som selektivt kan adsorbera giftiga färgämnen från avloppsvatten.

Dr Shetty är medlem i Khalifa University Center for Catalysis and Separation (CeCaS), ett av KU:s 18 specialiserade forskningscentrum. CeCaS -forskning syftar till att utveckla praktiska lösningar på kemitekniska utmaningar som flera industrier står inför idag. I samarbete med forskare från New York University Abu Dhabi, Dr Shetty har utvecklat en ny struktur med hjälp av kalixarener för att avlägsna färgämnen selektivt och effektivt från avloppsvatten. Deras arbete publicerades nyligen i Journal of the American Chemical Society och framträdde som en omslagsartikel.

Calixarenes är skålformade organiska molekyler som består av definierade hydrofoba hålrum. Denna unika funktion tillåter värd-gästkemi där kalixarener spelar värden för små molekyler och/eller joner.

"Calixaren -molekyler har i stor utsträckning utnyttjats som mångsidiga supramolekylära byggstenar, "förklarade Dr Shetty." Detta beror på deras förmåga att anta olika konformationer, som hänvisar till det rumsliga arrangemanget av atomer i en molekyl, och den relativa lätthet med vilken de kan funktionaliseras, som hänvisar till hur lätt en kalixaren kan ta nya funktioner, funktioner, Förmågor, eller egenskaper genom att ändra dess ytkemi. "

Detta gäller särskilt calix [4] -arenor där ringen består av fyra aromatiska ringar. Calixarenes fungerar som utmärkta adsorberare, men i monomerform, de kan lösas upp i vissa lösningsmedel, vilket skulle hindra deras praktiska användning.

I en makroskopisk arkitektur, dock, kalixarener blir olösliga i nästan alla lösningsmedel, särskilt i vatten.

För att skapa kalixarener med en makroskopisk arkitektur, Dr Shetty och hans team vände sig till kovalenta organiska ramar, eller COF. COF är en klass av material som bildar två- eller tredimensionella strukturer genom reaktioner mellan deras organiska komponenter, resulterar i stark, kovalenta bindningar som skapar porösa, kristallina material.

"COF har visat sig vara en viktig klass av porösa material på grund av deras väldefinierade strukturer, justerbar porfunktion, och god kemisk stabilitet, "förklarade Dr Shetty.

Att ge kalixarener en makroskopisk arkitektur är mycket utmanande, men om det lyckas kan de integreras i praktiska plattformar som pulver i patroner eller membran.

Medan få forskare har försökt bygga COF med flera ringade, eller makrocykliska molekyler, som calixarenes, Dr Shettys team insåg att en kalixarenbaserad COF skulle vara ett idealiskt sätt att ta bort giftiga färgämnen från industriellt avloppsvatten.

Dr Shetty, tillsammans med Trabolsi -forskargruppen vid NYUAD, utvecklat de första vävda strukturerna av kalixarenbaserade COF, skapa ett 2D -nätverk som kan finjusteras för varje applikation. De gick med i calix [4] arener genom att skapa kovalenta bindningar mellan de organiska molekylerna för att länka dem samman, sedan sammanvävdes dessa kalixarenkedjor genom att en kalixaren delades i en annan skålform, effektivt stapla kedjorna.

De syntetiserade COF:erna visade väldefinierade gitterstrukturer, indikerar en mycket kristallin natur för båda COF:erna, med massor av porer för adsorptionsapplikationer. Genom att variera koncentrationen av kalixarenenheter i lösningen, staplingsriktningen i COF:erna kan ändras, vilket betyder att forskare kan skapa både interpenetrerade (vilket betyder catenated) och icke-interpenetrerade ramar. De resulterande COF:erna innehöll vågiga lager som innehåller kalixarenhålrummen, vilket gör dem attraktiva kandidater för adsorbering av små molekyler.

Forskarna validerade materialets förmåga genom att använda dem för selektivt avlägsnande av katjoniska färgämnen från vattenhaltiga blandningar.

Viktigt, skapar en struktur med organiserade porer ökar antalet molekylära interaktioner mellan förorenande molekyler och adsorbent. Intressant, COF som utvecklats av forskargruppen var exceptionellt selektiva för de katjoniska färgämnena i testblandningarna utan att bero på molekylernas storlek. COF:erna visade också en mycket negativ ytladdning, tillåter laddningsselektivt avlägsnande av färgämnesmolekylerna.

"Med den inneboende hydrofoba kaviteten, anjonisk yta, och möjlighet att utveckla dessa COF i ett membran, vårt arbete har potential att föra kalixarenkemi till en spännande materialvetenskaplig horisont, "sa Dr Shetty.