Caracterización y aplicación de una nanozima magnética FeCuPP@MNP para la degradación de colorantes recalcitrantes en aguas

Este trabajo presenta la aplicación de una nueva nanozima, FeCuPP@MNP, que combina las características únicas de los polímeros de Fe(III) y Cu(II) protoporfirina IX dimetiléster (FeCuPP) con las propiedades de las nanopartículas magnéticas de Fe₃O₄ (MNP)¹. FeCuPP@MNP constituye una nanoestructura con eficiencia catalítica y especificidad de sustrato similar a las hemo-proteínas, actuando como una catalasa y peroxidasa miméticas. El objetivo del trabajo es la evaluación funcional y el reemplazo de sistemas biológicos por una estructura biomimética de bajo costo, removible, reutilizable y robusta en reacciones de oxidación avanzada.

Se describe la síntesis de las MNP en el laboratorio y su posterior recubrimiento por electropolimerización¹, así como la caracterización del nanomaterial resultante mediante SEM/EDX, TEM, FTIR y medidas de VSM. Se discute la funcionalidad de FeCuPP@MNP hacia la degradación de colorantes azoicos Xylidina (Xy) y Naranja de Metilo (MO) y se compara su efectividad contra un exudado de cultivo de hongo de pudrición blanca (Trametes trogii)².

Las imágenes de microscopia electrónica muestran nanopartículas esféricas de 15 nm de diámetro, con un 26,3 % de porfirina en el material según EDX. La polimerización electroquímica de FeCuPP (reproducible y escalable) sobre las nanomagnetitas es altamente eficiente de acuerdo con los resultados de FTIR, ya que se obtienen las señales características del heterociclo y las de la interacción Fe-O-Cu a 625 cm^-1, solo para FeCuPP@MNP. Asimismo las mediciones de VSM son coherentes con dicha modificación (41 emu g^-1 vs 78 emu g^-1 para FeCuPP@MNP vs MNP desnudas).

Los mecanismos de acción tipo catalasa o tipo peroxidasa también se evalúan mediante la reacción de antipirina/fenol observándose un predominio de la actividad peroxidasa a bajas concentraciones del H₂O₂ (< 10 mM). En la cinética de degradación de los colorantes, la interacción del modificador con el sustrato muestra un comportamiento cooperativo positivo entre los sitios metálicos descripto por la ecuación sigmoidea de Hill (y= KM*[S]ⁿ/(kⁿ +[S]ⁿ)) con valores de n=2,1 y n=1,7 para Xy y MO respectivamente.

Finalmente se obtiene una degradación del 88 % para Xy y del 91 % para MO empleando FeCuPP@MNP a pH 4,5 luego de 6 hs de tratamiento (vs 69% para Xy y 72% para MO frente al exudado de Trametes trogii). De esta manera, la nanozima FeCuPP@MNP resulta ser un nanomaterial prometedor para el tratamiento de contaminantes en aguas residuales.