Sintesi verde di MOF di Ce amorfi come adsorbenti efficaci verso l’antibiotico ofloxacina

Perché è importante pulire l’acqua contaminata da farmaci

Tracce di antibiotici compaiono ormai regolarmente in fiumi, laghi e persino nell’acqua potabile, principalmente perché i medicinali assunti da persone e animali non vengono completamente degradati nell’organismo. Un farmaco molto usato, l’antibiotico ofloxacina, può persistere nell’ambiente, danneggiando la vita acquatica e favorendo la resistenza agli antibiotici. Questo studio esplora un nuovo materiale ecocompatibile in grado di assorbire efficacemente l’ofloxacina dall’acqua, ed è anche più semplice e più verde da produrre rispetto a molte alternative esistenti.

Costruire micro-spugne da elementi metallici e organici

I materiali al centro di questo lavoro sono chiamati strutture metal–organiche, o MOF. Sono costruiti come impalcature da atomi metallici collegati da molecole organiche, creando una grandissima area superficiale interna e pori minuscoli dove i contaminanti possono essere intrappolati. Tradizionalmente, i MOF sono cristalli ordinati ottenuti usando solventi organici e calore. Qui i ricercatori si sono concentrati invece su MOF “amorfi” a base di cerio—strutture prive di ordine a lungo raggio ma che conservano comunque i legami metal–organici fondamentali. Le versioni amorfe possono essere più semplici da produrre su larga scala, più robuste dal punto di vista meccanico e ricche di siti difettosi che possono fungere da punti di ancoraggio aggiuntivi per gli inquinanti.

Una ricetta verde che usa solo acqua

Per ottenere questi MOF amorfi di cerio, il team ha messo a punto un metodo a temperatura ambiente che usa l’acqua come unico solvente, sia per la sintesi che per l’attivazione del materiale. Hanno mescolato un sale di cerio con un legante organico in acqua contenente un sale che facilita la formazione della struttura. Regolando il trattamento del legante non dissolto e i liquidi impiegati durante i lavaggi, hanno creato diverse varianti con dimensioni dei pori ed aree superficiali differenti. Un trucco chiave è stato filtrare le particelle di legante non dissolto per evitare che ostruissero i pori. Test con diffrazione a raggi X e spettroscopia infrarossa hanno confermato che i prodotti erano effettivamente amorfi ma mantenevano i blocchi chimici di base presenti nei loro cugini cristallini.

Quanto bene le nuove spugne catturano l’ofloxacina

I ricercatori hanno quindi testato ciascun MOF amorfo come adsorbente—un materiale capace di catturare molecole dall’acqua—usando l’ofloxacina come inquinante modello. Misure di adsorbimento di azoto hanno mostrato che le particelle possedevano mesopori, pori sufficientemente grandi perché le molecole di ofloxacina entrassero e si muovessero. Tra i diversi campioni, uno etichettato Ce-MOF-A-2 ha trovato il miglior equilibrio tra dimensione dei pori e area superficiale. In condizioni favorevoli prossime alla temperatura ambiente e a un pH vicino a quello neutro, ha assorbito ofloxacina fino a una capacità sperimentale di circa 139 milligrammi per grammo di materiale. L’analisi della cinetica e dell’affinità ha suggerito la formazione di uno strato uniforme di molecole sulla superficie e all’interno dei pori, con il processo controllato principalmente da interazioni chimiche più che dal semplice intrappolamento fisico. Degno di nota, la capacità massima calcolata dai dati superava leggermente quella di un MOF cristallino comparabile ed era più del doppio rispetto a un riferimento comune: il carbone attivo.

Cosa controlla la cattura e il rilascio

Per imitare le condizioni delle acque reflue reali, il team ha esaminato come pH, sali disciolti e temperatura influenzassero le prestazioni. Il materiale funzionava meglio vicino al pH neutro, dove l’ofloxacina esiste in una forma parzialmente carica e la superficie del MOF porta una lieve carica negativa. In queste circostanze diverse forze cooperano: attrazioni elettrostatiche moderate, legami a idrogeno, impilamento tra porzioni aromatiche del farmaco e del framework organico, e semplice riempimento dei pori. L’aggiunta di cloruro di sodio comune potenziava ulteriormente la rimozione rendendo l’ofloxacina meno stabile in soluzione e spingendola verso il MOF. Temperature più alte aumentavano l’assorbimento, indicando che il processo beneficia di energia termica aggiuntiva. Il materiale poteva essere riutilizzato più volte dopo lavaggi, con una parziale perdita di capacità dovuta a molecole di farmaco rimaste incastrate nei pori, ma la sua struttura complessiva e la stabilità termica rimanevano in gran parte intatte.

Cosa significa per un’acqua più sicura

In termini pratici, lo studio dimostra che è possibile realizzare “micro-spugne” molecolari altamente efficaci per l’inquinamento da antibiotici usando un processo semplice, a base d’acqua e a temperatura ambiente. Il MOF amorfo di cerio più performante ha catturato più ofloxacina rispetto a molti MOF cristallini e molto più del carbone attivo, pur restando stabile e in parte riutilizzabile. Poiché il metodo si basa su ingredienti benigni ed evita condizioni aggressive, indica la strada verso una produzione economica di filtri avanzati che potrebbero essere impacchettati in colonne di trattamento o cartucce. Se scalata, la produzione verde di MOF amorfi potrebbe diventare uno strumento potente per mantenere i residui farmaceutici fuori dall’acqua da cui dipendono gli esseri umani e gli altri organismi viventi.

Citazione: Molavi, H., Saeedi, S. & Ghorbani, A. Green synthesis of amorphous Ce-MOFs as efficient adsorbents towards Ofloxacin antibiotics. Sci Rep 16, 11322 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42188-6

Parole chiave: purificazione dell’acqua, rimozione di antibiotici, strutture metalliche organiche, sintesi verde, ofloxacina