Eliminación de diurón en medio acuoso por fotocatálisis heterogénea, utilizando TiO₂-P25 impregnado con Sm, Eu y Gd; bajo luz UV y solar

Abstract

La mayor parte de la superficie de nuestro planeta está cubierta por agua, el 97% de ésta es marina y no está disponible para el consumo humano. No obstante, el % de agua restante es agua dulce, del cual el 70% se encuentra congelada en los glaciares, quedando solamente un 30% disponible en el relieve para ser utilizado por los seres vivos.

Sin embargo, en la actualidad se ha acelerado la demanda de este vital líquido para satisfacer necesidades de consumo y su aplicación en las actividades económicas, generando problemas sociales y económicos. El aumento poblacional y el rápido crecimiento de la industria han sido los factores que mayor demanda requieren de este líquido.

Por lo tanto, generan elevadas cantidades de aguas residuales. Estos residuos, contienen altas concentraciones de compuestos orgánicos e inorgánicos. Los metales pesados y sus respectivas sales disueltas son los compuestos inorgánicos que mayor afectación causan. Mientras que, los hidrocarburos, compuestos orgánicos halogenados, ácidos carboxílicos, compuestos orgánicos policíclicos y sustancias orgánicas sintéticas son los principales compuestos orgánicos contaminantes en el agua.

Los residuos acuosos industriales son vertidos de manera desmedida a sistemas acuáticos cercanos, generando problemas sanitarios de diversa índole en los seres vivos. Dada esta problemática mundial, se ha generado un gran interés para remediar esta situación. Por ello, algunos gobiernos han legislado normas que regulan y castigan este tipo de acciones contaminantes.

Estos hechos, han dirigido a la comunidad científica ha desarrollar nuevos conocimientos para obtener tecnologías innovadoras, aplicadas al tratamiento de aguas altamente contaminadas. Estos avances, se han hecho posible crear los procesos de oxidación avanzadas (POA’s), que tienen por finalidad producir radicales Hidróxilos (OH*) altamente reactivos, que poseen un potencial de oxidación (2.8 V) necesario para oxidar cualquier tipo de compuesto orgánico presente en el agua.

El POA que mayor aplicación tiene en el tratamiento de aguas contaminadas, es la “fotocatálisis heterogénea” debido, a las ventajas técnicas que posee sobre algunos procesos biológicos y químicos en la reutilización de aguas residuales industriales. Condiciones suaves de reacción, bajo consumo energético y disminución de la toxicidad de los compuestos contaminantes, son algunas de las mejoras que proporciona este proceso, esto si se compara con los tratamientos biológicos, los cuales son ineficaces en la eliminación de compuestos orgánicos halogenados y en la disminución de la toxicidad debido a la presencia de contaminantes polifenólicos; además estos tratamientos son sensibles a parámetros de operación como el pH, temperatura y toxicidad, mismos que inhiben la actividad microbiológica.

Por otra parte, la fotocatálisis heterogénea es capaz de oxidar en medio acuoso una gran variedad de compuestos químicos contaminantes, pero a bajas concentraciones. Por esta razón, es utilizado como un método alternativo y/o auxiliar para erradicar compuestos organoclorados, que dadas sus propiedades fisicoquímicas tienen una mayor persistencia en el medio ambiente, baja biodegradación y son difíciles de eliminar por los métodos convencionales.

En este proceso, la generación de radicales OH* se lleva a cabo tanto en el interior y el exterior de las partículas de solido semiconductor. El semiconductor más utilizado para estos fines es el dióxido de titanio (TiO2), en medio acuoso es capaz de genera radicales OH* cuando es irradiado con luz de energía suficiente que sobrepase la energía de banda prohibida ( = 3.2 eV) del TiO2.

Se ha reportado, que la estructura cristalina “anatasa” del TiO2, tiene mayor actividad catalítica que la estructura “rutilo”, pero la combinación de ambas fases cristalinas, mejora las propiedades electrónicas y la actividad fotocatalítica del TiO2, esto se manifiesta en el “TiO2-P25”. El mejoramiento de las propiedades estructurales y electrónicas del TiO2, se ha logrado modificando los métodos de síntesis, insertado impurezas metálicas y no metálicas en el TiO2 y/o elaborando óxidos mixtos semiconductores.

Este trabajo, se desarrolló para analizar las modificaciones realizadas a un material semiconductor de origen comercial como el TiO2-P25. El efecto de estas modificaciones, se reflejó en la actividad fotocatalítica al utilizar luz ultravioleta y luz sola como fuentes de iluminación. La modificación de TiO2-P25, consistió en depositar superficialmente impurezas metálicas de Sm3+, Eu3+ y Gd3+ a dos diferentes cantidades, a 500°C. El contaminante organoclorado utilizado, para determinar la actividad de los fotocatalizadores fue el “Diurón".