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Resumen: Este artículo presenta una versión mejorada de la degradación sonocatalítica de sustancias per y polifluoroalquiladas PFAS mediante una estrategia innovadora de captura y reacciones en cascada. La propuesta combina un material de tipo metal orgánico MOF diseñado ad hoc con fuente ultrasónica de onda continua CW para incrementar las tasas de degradación y la mineralización frente a la sonólisis convencional. Los beneficios incluyen mayor retención de fragmentos reactivos, disminución de recombinación y promoción de reacciones secundarias que llevan a CO2 y H2O.
Introducción: Los PFAS son contaminantes ambientales persistentes con impacto en la salud humana y ecosistemas. Los tratamientos tradicionales suelen ser insuficientes, por lo que se requieren soluciones innovadoras. La sonólisis, que utiliza ultrasonidos para generar cavitación y romper enlaces químicos, muestra potencial pero limita su eficacia en PFAS debido a la estabilidad del enlace C F y a la corta vida de los fragmentos radicalarios. Este trabajo aborda esa limitación integrando un MOF con propiedades de captura y sitios activos catalíticos que, junto con ultrasonido CW, facilitan una secuencia de reacciones en cascada que favorecen la degradación completa.
Fundamento teórico: La sinergia esencial se basa en la cavitación ultrasónica que produce burbujas transitorias cuyo colapso genera microhotspots con temperaturas y presiones extremas capaces de inducir escisión homolítica en moléculas de PFAS. Los fragmentos resultantes suelen recombinarse; la incorporación de un MOF con poros amplios y sitios catalíticos específicos permite atrapar estos fragmentos, evitar su recombinación y promover reacciones sucesivas de oxidación y ruptura hasta la mineralización. En términos sencillos, la sonólisis realiza la ruptura inicial y el MOF actúa como madriguera y catalizador para completar el proceso.
Materiales y métodos: Síntesis del MOF: se sintetizó una serie de materiales MIL 101 Cr con distintas proporciones Cr ligand mediante método solvotérmico y se caracterizaron por XRD, BET y SEM. La formulación con proporción 1 2 mostró porosidad y densidad de sitios Cr óptimas para el atrapamiento de fragmentos. Compuesto PFAS objetivo: se empleó ácido perfluorooctanoico PFOA como modelo. Montaje de sonólisis: ensayos en reactor a temperatura controlada con cuerno ultrasónico CW de 20 kHz, mantenimiento de pH 7 mediante tampón. Diseño experimental: factorial para evaluar efectos combinados de concentración de MOF 0.1 0.5 1.0 g L potencia ultrasónica 100 200 300 W y química de solución con y sin peróxido de hidrógeno H2O2 10 mM. Técnicas analíticas: cuantificación por HPLC MS MS de PFOA, mineralización mediante reducción de carbono orgánico total TOC y detección de radicales con ensayo DPPH para confirmar generación de radicales hidroxilo.
Resultados y discusión: El sistema combinado MOF sonólisis mejoró significativamente la degradación de PFOA respecto a la sonólisis sola. El MIL 101 Cr 1 2 fue el más activo. Aumentar la potencia ultrasónica aceleró inicialmente la degradación hasta un meseta observable en 300 W posiblemente por efectos térmicos adversos. La adición de H2O2 potenci´o la remoción de PFOA y la reducción de TOC. Los ensayos DPPH confirmaron la presencia de radicales hidroxilo como mecanismo principal. La presencia del MOF fue determinante para atrapar intermedios reactivos y facilitar su oxidación posterior, reflejándose en una caída de TOC más sostenida que en la sonólisis aislada donde la degradación inicial de PFOA no siempre conlleva mineralización completa.
Modelado matemático de reacciones en cascada: el proceso puede simplificarse como X Y + MOF ActiveSite Z + CO2 + H2O donde X equivale a PFOA Y a producto intermedio y Z a productos mineralizados. La velocidad de interacción limitante puede expresarse como Velocidad = k * Y * MOF ActiveSite siendo Y la concentración de intermedios y MOF ActiveSite la concentración de sitios disponibles. Los constantes cinéticas k se determinan experimentalmente e incorporan un modelo cinético multinivel útil para optimizar condiciones operativas y escala.
Conclusiones: La integración de un MOF diseñado con ultrasonido CW constituye una estrategia eficaz para la degradación de PFAS. El MOF actúa como agente de captura que previene recombinación de intermedios y facilita reacciones en cascada hasta la mineralización. Condiciones optimizadas identificadas en este estudio incluyen MIL 101 Cr 1 2 potencia ultrasónica intermedia alrededor de 200 W y presencia de 10 mM H2O2, mostrando mejoras relevantes frente a la sonólisis convencional. Futuras líneas incluirán explorar otras composiciones de MOF y ampliar aplicación a distintos compuestos PFAS.
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