Caracterización molecular de redes organometálicas para la adsorción selectiva de mercurio (Hg2+) en fase acuosa

Las aguas contaminadas con mercurio constituyen un riesgo para la salud de los seres humanos y en general para todos los seres vivos que dependen directamente de dichos ambientes. Es entonces necesario que se piense en métodos de captura e identificación de especies químicas de mercurio en cuerpos hídricos. En este sentido, las redes organometálicas (ROMs), materiales cristalinos híbridos, tienen un alto potencial para emplearse en la remediación de aguas contaminadas con mercurio. Mediante cálculos de estructura electrónica con métodos de la teoría de funcionales de la densidad (DFT según la sigla del nombre en inglés), se evaluaron los mecanismos de interacción entre el Hg2+ y ligandos orgánicos. Estos ligandos fueron derivados del ácido fumárico al funcionalizarse con grupos -SH, -SCH3, -NH2 o -PH2. Los análisis de energía de interacción, así como de índices de reactividad global sugieren que el grupo tiol es el más selectivo al mercurio comparando con otros metales constituyentes de agua como calcio y plomo (-56,40, -48.99, y -39,91 kcal/mol, respectivamente). Esta capacidad adsortiva del ligando orgánico se mantuvo al hacer parte de una estructura representativa de la ROM seleccionada. Mediante el análisis de transferencia de carga y del índice de interacciones no covalentes, se verificó que dicha adsorción estaba mediada por la tricoordinación del mercurio en donde participaban dos átomos de oxígeno y el azufre del grupo tiol; estas interacciones son fuertes y no dispersivas. Tomando como base los resultados computacionales se sintetizó y caracterizó una ROM de Al-mercaptosuccinato, cuya eficiencia de remoción evidenció la alta capacidad adsortiva de esta red, llegando a porcentajes de remoción de Hg2+ del 99% a una concentración del metal en solución acuosa de 10 µg/mL, de igual forma esta ROM evidencia ser selectiva frente al mercurio en presencia de otros metales.Pontificia Universidad JaverianaWater polluted with mercury represents a risk to the health of human beings and, in general, to all living beings that depend directly on these environments. It is then necessary to think about methods of capture and identification of chemicals species of mercury in water bodies. In this sense, the metalorganic frameworks (MOFs), hybrid crystalline materials, have a high potential to be used in the remediation of water contaminated with mercury. Through electronic structure calculations with density functional theory (DFT), the mechanisms of the interaction between Hg2+ and organic ligands were evaluated. These ligands were derived from fumaric acid when functionalized with groups -SH, - SCH3, -NH2, or -PH2. The interaction energy analysis, as well as the global reactivity indexes, suggest that the thiol group is the most selective to mercury compared to other water constituent metals such as calcium and lead (-56.40, -48.99, and -39.91 kcal/mol, respectively). This adsorptive capacity of the organic ligand was maintained by being part of a representative structure of the selected MOF. Through the analysis of charge transfer and non-covalent interactions index, it was verified that this adsorption was mediated by the tricoordination of mercury involving two oxygen atoms and the sulfur of the thiol group; these interactions are strong and not dispersive. Taking as a basis the computational results, the Al-mercaptosuccinate MOF was synthesized and characterized, whose removal efficiency evidenced the high adsorptive capacity of this framework, reaching Hg2+ removal ratios of 99% at a concentration of the metal in aqueous solution of 10 μg/mL, in the same way this MOF shows to be selective against mercury in presence of other metals.Magíster en Ciencias BiológicasMaestrí