Forskare under ledning av en kemiforskare från Oregon State University närmar sig ett nytt verktyg för att ta itu med det globala problemet med ogräsbekämpningssmittat grundvatten.
Kyriakos Stylianou från OSU College of Science ledde ett internationellt team som identifierade ett material som kallas ett metallorganiskt ramverk, eller MOF, som visade en förmåga att helt ta bort, och även bryta ner, den ofta använda herbiciden glyfosat.
MOF, en av fyra som testats i ett samarbete mellan forskare från Oregon State och Tiangong University i Kina, är baserad på skandium, kemisk symbol Sc och en karboxylatlinker, TBAPy.
"När den exponerades för ljus i bara fem minuter, eliminerade Sc-TBAPy 100% av glyfosat i vatten," sa Stylianou. "Förutom dess snabbare adsorption och effektivare fotonedbrytning av glyfosat jämfört med de andra tre TBAPy MOFs vi tittade på, bröt den också ned glyfosatet utan att producera en giftig syra, till skillnad från de andra tre."
Resultaten publicerades i Nature Communications .
MOF:erna i detta experiment förlitar sig på fotokatalys. En katalysator är ett ämne som ökar hastigheten på en kemisk reaktion utan att själv genomgå någon permanent kemisk förändring, och fotokatalysatorer är material som absorberar ljus för att nå en högre energinivå och kan använda den energin för att bryta ner organiska föroreningar genom oxidation.
Bland fotokatalysatorernas många användningsområden är självrengörande beläggningar för fläck- och luktbeständiga väggar, golv, tak och möbler.
MOF består av positivt laddade metalljoner omgivna av organiska länkmolekyler och är kristallina, porösa material med avstämbara strukturella egenskaper och porer i nanostorlek. De kan utformas med en mängd olika komponenter som bestämmer MOF:s egenskaper.
Glyfosat, även känt som N-fosfonometylglycin eller PMG, har sprejats i stor utsträckning på jordbruksmarker under de senaste 50 åren sedan det först kom ut på marknaden under varumärket Roundup.
"Glyfosat och andra herbicider används ofta för att skydda gårdar från ogräsangrepp, men glyfosatets ihållande i miljön har förknippats med potentiella hälsoeffekter på olika levande organismer inklusive människor", sa Stylianou.
"Endast en liten andel av den totala mängden PMG som appliceras tas upp av grödor, och herbicider som läcker ut i vattenkanaler är en primär orsak till vattenföroreningar. Det betyder att det är avgörande att komma med innovativ teknik och material för att bekämpa detta problem."
För att avslöja PMG-saneringsförmågan hos Sc-TBAPy, samarbetade Stylianous labb med grupper ledda av Chong Fang, Paul Ha Yeon Cheong och Hongliang Huang vid Tiangong University. Stylianou sa att hans medarbetare gav viktiga insikter om MOF:s adsorptionsegenskaper och fotokatalytiska aktivitet.
Ett antal doktorander i Oregon State spelade också viktiga roller i studien, sa Stylianou. Nan Chieh Chiu, Jacob Lessard och Emmanuel Musa ledde alla experiment och katalystestning, Logan Lancaster undersökte de optiska egenskaperna hos de material som undersöktes och Clara Wheeler undersökte deras elektroniska egenskaper beräkningsmässigt.
OSU-postdoktorn Taylor Krueger, forskningsassistenten Cheng Chen och doktoranderna Trenton Gallagher och Makenzie Nord deltog också i studien.
Mer information: Chiu, N.C., et al. Belysande av metallers roll i adsorption och fotonedbrytning av herbicider av metallorganiska ramverk. Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45546-y
Tillhandahålls av Oregon State University
