Síntese verde de Ce-MOFs amorfos como adsorventes eficientes para o antibiótico ofloxacino

Por que é importante limpar a água contaminada por medicamentos

Traços de antibióticos aparecem rotineiramente em rios, lagos e até na água potável, em grande parte porque medicamentos ingeridos por pessoas e animais não são totalmente degradados no organismo. Um fármaco amplamente usado, o antibiótico ofloxacino, pode persistir no ambiente, prejudicando organismos aquáticos e favorecendo a resistência antibiótica. Este estudo explora um novo material ecologicamente amigável capaz de adsorver ofloxacino da água de forma eficiente, ao mesmo tempo em que é mais simples e mais sustentável de produzir do que muitas opções existentes.

Construindo esponjas microscópicas a partir de peças metálicas e orgânicas

Os materiais centrais deste trabalho são chamados estruturas metal–orgânicas, ou MOFs. Eles são construídos como andaimes a partir de átomos metálicos ligados por moléculas orgânicas, criando uma enorme área superficial interna e poros minúsculos onde contaminantes podem ser retidos. Tradicionalmente, MOFs são cristais bem ordenados produzidos com solventes orgânicos e calor. Aqui, os pesquisadores focaram em MOFs “amorfas” à base do elemento cério — estruturas que carecem de ordem em longo alcance, mas ainda preservam as conexões metal–orgânicas essenciais. Versões amorfas podem ser mais fáceis de produzir em escala, mais robustas mecanicamente e ricas em sítios defeituosos que funcionam como pontos extras de ancoragem para poluentes.

Uma receita verde usando apenas água

Para preparar esses MOFs amorfos de cério, a equipe desenvolveu um método em temperatura ambiente que usa água como único solvente, tanto para a construção quanto para a ativação do material. Misturaram um sal de cério com um ligante orgânico em água contendo um sal que ajuda a formar a estrutura. Ao ajustar como lidavam com o ligante não dissolvido e quais líquidos usavam durante a lavagem, criaram várias variações com diferentes tamanhos de poro e áreas superficiais. Um truque chave foi filtrar partículas de ligante que não se dissolveram, evitando que obstruíssem os poros. Testes por difração de raios X e espectroscopia por infravermelho confirmaram que os produtos eram de fato amorfos, mas ainda preservavam os blocos de construção químicos básicos encontrados em seus primos cristalinos.

Qual o desempenho das novas esponjas na captura do ofloxacino

Os pesquisadores testaram então cada MOF amorfo como adsorvente — um material capaz de capturar moléculas da água — usando ofloxacino como poluente modelo. Medidas de adsorção de nitrogênio mostraram que as partículas possuíam mesoporos, poros suficientemente grandes para as moléculas de ofloxacino entrarem e se moverem. Entre as diferentes amostras, uma rotulada Ce-MOF-A-2 alcançou o melhor equilíbrio entre tamanho de poro e área superficial. Em condições próximas à temperatura ambiente e pH em torno do neutro, ela adsorveu ofloxacino até uma capacidade experimental de cerca de 139 miligramas por grama de material. A análise da velocidade e da afinidade com que o ofloxacino se ligava sugeriu a formação de uma camada uniforme de moléculas na superfície e dentro dos poros, com o processo controlado principalmente por interações químicas em vez de simples aprisionamento físico. Notavelmente, a capacidade máxima calculada a partir dos dados superou ligeiramente a de um MOF cristalino comparável e foi mais que o dobro da de um referencial comum: o carvão ativado.

O que controla a captura e a liberação

Para simular condições reais de águas residuais, a equipe examinou como pH, sais dissolvidos e temperatura influenciavam o desempenho. O material funcionou melhor próximo ao pH neutro, onde o ofloxacino existe em forma parcialmente carregada e a superfície do MOF apresenta carga ligeiramente negativa. Nestas circunstâncias, várias forças cooperam: atração eletrostática moderada, ligações de hidrogênio, empilhamento entre partes aromáticas do fármaco e do esqueleto orgânico, e o preenchimento simples dos poros. A adição de sal comum aumentou ainda mais a remoção ao tornar o ofloxacino menos favorável à permanência na água, impulsionando-o em direção ao MOF. Temperaturas mais altas também aumentaram a captação, indicando que a adsorção se beneficia de energia térmica adicional. O material pôde ser reutilizado várias vezes após lavagem, com alguma perda de capacidade devido a moléculas do fármaco que permaneceram presas nos poros, mas sua estrutura geral e estabilidade térmica permaneceram em grande parte intactas.

O que isso significa para uma água mais segura

Em termos práticos, o estudo demonstra que é possível produzir “esponjas moleculares” altamente efetivas para poluição por antibióticos usando um processo simples, à base de água e em temperatura ambiente. O MOF amorfo de cério com melhor desempenho capturou mais ofloxacino do que muitos MOFs cristalinos e muito mais do que o carvão ativado, mantendo-se estável e parcialmente reutilizável. Como o método depende de ingredientes benignos e evita condições agressivas, aponta para uma produção econômica de filtros avançados que poderiam ser preenchidos em colunas de tratamento ou cartuchos. Se escalados, tais MOFs amorfos produzidos de forma verde poderiam se tornar ferramentas poderosas para impedir que resíduos farmacêuticos cheguem à água da qual nós e outros seres vivos dependemos.

Citação: 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

Palavras-chave: purificação da água, remoção de antibióticos, estruturas metal-orgânicas, síntese verde, ofloxacino