Desarrollan nuevos fotocatalizadores para eliminar contaminantes emergentes en aguas

Un equipo de investigadores de la Sección de Ingeniería Química de la Universidad Autónoma de Madrid ha desarrollado unos nuevos fotocatalizadores basados en nanoestructuras que combinan varios semiconductores soportados en arcilla, y que permiten la eliminación de contaminantes emergentes presentes en aguas utilizando como fuente de energía la radiación solar.

Hoy en día existe una creciente preocupación por la presencia de diversos fármacos y productos de cuidado personal, conocidos como contaminantes emergentes (CE), en las aguas superficiales y subterráneas. Esto supone un gran riesgo para el medio ambiente y la salud, ya que muchos de estos compuestos son disruptores endocrinos.

Los métodos convencionales para el tratamiento de aguas no resultan eficaces para la eliminación de contaminantes emergentes, en parte debido a su amplia dispersión y bajas concentraciones. Por ello, en la actualidad, muchas investigaciones se centran en el desarrollo y optimización de tecnologías para el tratamiento de aguas que permitan eliminar estos compuestos con facilidad.

En esta dirección, el grupo de Investigación de la Sección de Ingeniería Química de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) viene trabajando en la utilización de la fotocatálisis solar como tecnología para la eliminación de fármacos presentes en el medio acuático.

Ahora, como constatan en dos trabajos publicados en Chemical Engineering Journal y Journal of Hazardous Materials, han logrado preparar catalizadores basados en heterorestructuras que combinan varios semiconductores y una arcilla.

Fotocatálisis solar

La fotocatálisis forma parte de los conocidos Procesos de Oxidación Avanzada utilizados en el tratamiento de aguas. Esta tecnología se basa en la utilización de un semiconductor que al ser sometido a la radiación solar es capaz de inducir la oxidación de diversos compuestos orgánicos. De esta forma, la fotocatálisis permite transformar la energía solar en energía química y llevar a cabo la degradación de diversos contaminantes.

En sus trabajos iniciales, el grupo de la UAM desarrolló nuevos fotocatalizadores basados en heteroestructuras para la degradación de contaminantes prioritarios como fenol y colorantes. Siguiendo esta línea de investigación, han logrado desarrollar y optimizar fotocatalizadores para la degradación de fármacos, tras obtener por primera vez nanoestructuras basadas en TiO2-ZnO y Zr-TiO2 soportadas sobre una arcilla deslaminada mediante un método sol-gel modificado.

“Entre los semiconductores, el dióxido de titanio es el más ampliamente utilizado debido a sus propiedades, tales como alta estabilidad química, no toxicidad, biocompatibilidad y fuerte poder redox. Con el fin de mejorar el rendimiento fotocatalítico de los catalizadores de TiO2 y mejorar la eficacia bajo luz visible, la estrategia de nuestro grupo se ha centrado en la síntesis de fotocatalizadores en los que se ensamblan diversos semiconductores acoplados  sobre un soporte poroso”, explica Monserrat Tobajas, coautora del estudio.

El comportamiento de estos materiales como fotocatalizadores fue estudiado en las instalaciones del grupo de Investigación de la Sección de Ingeniería Química de la UAM.

“Allí disponemos de un reactor fotocatalítico equipado con un simulador solar que permite trabajar con radiación solar en el laboratorio, controlando la intensidad de radiación, así como las concentraciones de catalizador y contaminante, escogiéndose diversos fármacos como antipirina y acetaminofeno, ampliamente utilizados por el ser humano”, apunta Carolina Belver, también coautora.

Los resultados mostraron que el catalizador con 0,5% de ZnO y el dopado con un 2 % de Zr son los más eficientes, alcanzando conversiones superiores al 90 % y mostrandolas mejores velocidades de reacción. Aunque no se logró la mineralización completa de los fármacos (alcanzando sólo el 50 %), lo que supondría una conversión completa a CO2 y H2O, se logró reducir la toxicidad de la disolución del analgésico inicial, ya que los productos formados eran ácidos de cadena corta de baja toxicidad, detallan  las investigadoras.

La investigación se llevó a cabo con financiación del Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) (Proyecto CTQ2013-41963-R).

Referencia bibliográfica:

Montserrat Tobajas, Carolina Belver y Juan José Rodríguez. “Degradation of emerging pollutants in water under solar irradiation using novel TiO2-ZnO/clay nanoarchitectures”. Chemical Engineering Journal. DOI: 10.1016/j.cej.2016.10.002.

Carolina Belver, Jorge Bedia, Juan José Rodríguez. “Zr-doped TiO2 supported on delaminated clay materials for solar photocatalytic treatment of emerging pollutants”. Journal of Hazardous Materials. Doi: 10.1016/j.hazmat.2016.02.028.