Síntesis y Caracterización de ZnO/Ti3C2 (MXene) para su aplicación como fotocatalizador en la degradación de antibióticos

Abstract

En este trabajo se sintetizaron materiales basados en ZnO y MXene (Ti3C2Tx) mediante calentamiento asistido por microondas para su aplicación como fotocatalizadores en la degradación de antibióticos. El Ti3C2Tx se obtuvo a partir de la fase MAX Ti3AlC2 mediante una ruta de grabado con NH4F/HCl, evaluando el efecto del tiempo, la temperatura y la concentración de los agentes de grabado. Las condiciones seleccionadas permitieron reducir el tiempo de grabado a 10 min a 140 °C, y posteriormente el material fue delaminado con TMAOH. A partir del MXene seleccionado se sintetizaron compósitos ZnO/Ti3C2Tx con diferentes contenidos de MXene, seleccionándose el material con 3 % en masa para su caracterización y evaluación fotocatalítica. Los análisis por DRX, FE-SEM, TEM, Raman y XPS confirmaron la transformación de la fase MAX, la morfología laminar característica del MXene y la incorporación del Ti3C2Tx al ZnO. La espectroscopía de reflectancia difusa mostró valores de brecha de energía de 1.25 eV para Ti3C2Tx, 3.22 eV para ZnO y 3.24 eV para ZnO/Ti3C2Tx. El compósito presentó un mejor desempeño fotocatalítico que el ZnO puro, particularmente en la degradación de clorhidrato de tetraciclina bajo radiación UV, alcanzando 88.92 % de degradación y una constante aparente de velocidad de 0.0077 min-1, frente a 56.97 % y 0.0031 min-1 para ZnO. Para trihidrato de amoxicilina, el compósito alcanzó 53.57 % de degradación bajo radiación UV, mientras que el ZnO presentó 4.15 %. El análisis de carbono orgánico total confirmó una mineralización parcial de la tetraciclina, con valores de hasta 26.28 %. En los ensayos de reutilización, el ZnO/Ti3C2Tx conservó su actividad fotocatalítica tras tres ciclos, sin necesidad de una etapa adicional de regeneración. Los resultados demuestran que la síntesis asistida por microondas constituye una ruta viable para obtener Ti3C2Tx en tiempos reducidos y que su incorporación al ZnO favorece el desempeño fotocatalítico, particularmente en la degradación de tetraciclina bajo radiación UV, por lo que estos materiales constituyen una plataforma promisoria para estudios posteriores orientados al tratamiento de contaminantes emergentes.