Simulación de Dinámica Molecular de la Adsorción de PFAS en Grafeno para una Mejora de la Purificación del Agua
Autores: Awawdeh, Bashar; D"Alessio, Matteo; Nouranian, Sasan; Al-Ostaz, Ahmed; Ucak-Astarlioglu, Mine; Alkhateb, Hunain
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 8
Citaciones: Sin citaciones
La contaminación del agua potable por sustancias per- y polifluoroalquiladas (PFAS) representa una preocupación global debido a su extrema persistencia, impulsada por los fuertes enlaces C-F. Este estudio investigó el potencial del grafeno como material de filtración para la eliminación de PFAS, centrándose en seis compuestos clave regulados por la EPA de EE. UU.: PFOA, PFNA, GenX, PFBS, PFOS y PFHxS. Utilizando simulaciones moleculares, se analizaron la energía de adsorción, los coeficientes de difusión y las distancias entre PFAS y grafeno. Los resultados mostraron que la fuerza de adsorción aumentaba con el peso molecular; PFOS (500 g/mol) exhibió la adsorción más fuerte (-171 kcal/mol). Los compuestos con grupos funcionales de ácido sulfónico (por ejemplo, PFOS) tuvieron interacciones más fuertes que aquellos con grupos carboxilato (por ejemplo, PFNA), destacando la importancia de la química de los grupos funcionales. Las distancias más cortas entre grafeno y PFAS también se alinearon con energías de adsorción más altas. PFOS, por ejemplo, tuvo la distancia más corta de 8.23 Å (cabeza) y 6.15 Å (cola) desde el grafeno. Los coeficientes de difusión disminuyeron con el aumento del peso molecular y la longitud de la cadena de carbono, siendo las moléculas más ligeras como PFBS (cuatro átomos de carbono) las que se difunden más rápidamente que las más pesadas como PFOS y PFNA. Curiosamente, el grafeno mejoró la movilidad de los PFAS en el agua, probablemente al interrumpir la estructura del agua y reducir la resistencia intermolecular. Estos resultados destacan la promesa del grafeno como un material de alto rendimiento para la eliminación de PFAS y las futuras tecnologías de purificación de agua.
Descripción
La contaminación del agua potable por sustancias per- y polifluoroalquiladas (PFAS) representa una preocupación global debido a su extrema persistencia, impulsada por los fuertes enlaces C-F. Este estudio investigó el potencial del grafeno como material de filtración para la eliminación de PFAS, centrándose en seis compuestos clave regulados por la EPA de EE. UU.: PFOA, PFNA, GenX, PFBS, PFOS y PFHxS. Utilizando simulaciones moleculares, se analizaron la energía de adsorción, los coeficientes de difusión y las distancias entre PFAS y grafeno. Los resultados mostraron que la fuerza de adsorción aumentaba con el peso molecular; PFOS (500 g/mol) exhibió la adsorción más fuerte (-171 kcal/mol). Los compuestos con grupos funcionales de ácido sulfónico (por ejemplo, PFOS) tuvieron interacciones más fuertes que aquellos con grupos carboxilato (por ejemplo, PFNA), destacando la importancia de la química de los grupos funcionales. Las distancias más cortas entre grafeno y PFAS también se alinearon con energías de adsorción más altas. PFOS, por ejemplo, tuvo la distancia más corta de 8.23 Å (cabeza) y 6.15 Å (cola) desde el grafeno. Los coeficientes de difusión disminuyeron con el aumento del peso molecular y la longitud de la cadena de carbono, siendo las moléculas más ligeras como PFBS (cuatro átomos de carbono) las que se difunden más rápidamente que las más pesadas como PFOS y PFNA. Curiosamente, el grafeno mejoró la movilidad de los PFAS en el agua, probablemente al interrumpir la estructura del agua y reducir la resistencia intermolecular. Estos resultados destacan la promesa del grafeno como un material de alto rendimiento para la eliminación de PFAS y las futuras tecnologías de purificación de agua.