Preparación de carbones porosos derivados de redes metalo-orgánicas de tipo ZIF para la extracción de ciprofloxacino

Abstract

[spa] En este trabajo se ha realizado mediante una síntesis a temperatura ambiente la preparación de las redes metalo-orgánicas ZIF-67(Co) y ZIF-67(Co/Zn), obteniendo dos materiales microporosos. Mediante la posterior calcinación a 800 ºC en atmosfera inerte de nitrógeno se han obtenido carbones mesoporosos derivados. Todos estos materiales han sido caracterizados cristalográfica, morfológica y texturalmente mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica y adsorción física de N2 a 77 K. Se ha estudiado la aplicabilidad de los carbones derivados obtenidos en la extracción del antibiótico ciprofloxacino (CFX), presente en el medio acuoso y causante de diferentes efectos adversos en el medio ambiente. El carbón derivado del MOF mixto (cZIF-67(Co/Zn)) ha mostrado una capacidad máxima de adsorción de 125 mg/g y una buena cinética de adsorción de CFX gracias a su mesoporosidad, obtenida tras la sublimación parcial del zinc en el proceso de calcinación, su elevada superficie específica y los centros de cobalto presentes en el material. Con el objetivo de mejorar la aplicabilidad del carbón c-ZIF-67(Co/Zn), se ha incorporado en soportes impresos en 3D mediante estereolitografía utilizando dos metodologías diferentes: deposición por tinta y deposición por coating. Los dispositivos obtenidos han sido evaluados en la extracción de CFX, conectándolos a un agitador mecánico y actuando así como agitadores y adsorbentes de forma simultánea.

[cat] En aquest treball s’ha realitzat la preparació mitjançant una síntesi a temperatura ambient de les xarxes metal·loorgàniques ZIF-67(Co) i ZIF-67(Co/Zn), obtenint dos materials microporosos. Mitjançant la posterior calcinació a 800 ºC en atmosfera inert de nitrogen s’han obtingut carbons mesoporosos derivats. Tots aquests materials han estat caracteritzats cristal·logràfica, morfològica i texturalment mitjançant difracció de raigs X, microscòpia electrònica i adsorció física de N2 a 77 K. S’ha estudiat l’aplicabilitat dels carbons derivats obtinguts a l’extracció de l’antibiòtic ciprofloxacina (CFX), present en el medi aquós i causant de diferents efectes adversos en el medi ambient. El carbó derivat del MOF mixt (c-ZIF-67(Co/Zn)) ha mostrat una capacitat màxima d’adsorció de 125 mg/g i una bona cinètica d’adsorció de CFX gràcies a la seva mesoporositat, obtinguda després de la sublimació parcial del cinc en el procés de calcinació, la seva elevada superfície específica i els centres de cobalt presents al material. Amb l’objectiu de millorar l’aplicabilitat del carbó c-ZIF-67(Co/Zn), aquest s’ha incorporat a suports impresos en 3D mitjançant estereolitografia utilitzant dues metodologies diferents: deposició per tinta i deposició per coating. Els dispositius obtinguts han estat avaluats a l’extracció de CFX, connectant-los a un agitador mecànic i actuant així como agitadors i adsorbents de forma simultània.

[eng] In this work, the preparation of the metal-organic frameworks ZIF-67(Co) and ZIF67(Co/Zn) has been carried out at room temperature, obtaining two microporous materials. By subsequent calcination at 800 ºC in an inert nitrogen atmosphere, MOFderived mesoporous carbons have been obtained. All these materials have been crystallographycally, morphologically and texturally characterized by X-ray diffraction, electron microscopy and N2 physical adsorption at 77 K. It has also been studied the applicability of the obtained porous carbons in the extraction of the antibiotic ciprofloxacin (CFX), which is present in the aqueous medium and causes different adverse effects on the environment. The mixed MOF derived carbon (c-ZIF67(Co/Zn)) has shown a maximum adsorption capacity of 125 mg/g and good CFX adsorption kinetics thanks to its mesoporosity, obtained after partial sublimation of zinc in the calcination process, its high surface area and the cobalt centers present in the material. With the aim of improving the applicability of c-ZIF-67(Co/Zn) carbon, it has been incorporated into 3D printed supports by stereolithography using two different methodologies: ink deposition and coating deposition. The obtained devices have been evaluated in the extraction of CFX, connecting them to a mechanic stirrer and thus acting as stirrers and adsorbents simultaneously.