Micropartículas de ZnO:Cd con superficie nanoestructurada y su uso como fotocatalizador. Una comparación entre polvos suspendidos e inmovilizados

Abstract

Durante los últimos años se ha investigado de forma intensiva las aplicaciones fotocatalíticas de semiconductores nanoestructurados, estando tanto el TiO2 como el ZnO entre los más promisorios, debido a su facilidad de síntesis, precio de los precursores, su carácter multifuncional y principalmente su alta actividad fotocatalítica. Dentro de estas aplicaciones, las que tienen que ver con la remediación ambiental y degradación de compuestos no biodegradables generan un amplio interés. En este sentido, se viene utilizando estos materiales para degradar distintos tipos de contaminantes, incluyendo colorantes, metales pesados, compuestos fitosanitarios, medicamentos, entre otros. Sin embargo, ya hay estudios que muestran que las nanoestructuras de óxidos metálicos sintéticos se acumulan y persisten en distintos ambientes naturales, contaminándolos; aunque falta estudiar en profundidad la toxicidad de muchos de estos en función de su tamaño, composición y morfología. De esta manera, estos materiales se están catalogando como contaminantes emergentes, por lo cual se debe analizar rigurosamente su uso y generar estrategias que eviten su volcado o escape al ambiente. Así, dentro de algunas estrategias de recuperación de catalizadores, la inmovilización de partículas sobre sustratos genera un amplio interés. Teniendo esto en cuenta, fabricamos polvos de ZnO y ZnO:Cd a través de un método de dos pasos, el cual implicó primero la fabricación de micropartículas de ZnO con superficie hidroxilada por síntesis hidrotermal, seguido de un recocido a 300 ºC que completó la oxidación de la superficie, derivando en la formación de nanopartículas sobre éstas, tal como se muestra en la Figura 1. Las muestras fueron caracterizadas a través de espectroscopía de fotoluminiscencia, espectroscopía Raman y microscopía de barrido electrónico (SEM). Usando estos materiales, se estudiaron dos alternativas de degradación fotocatalítica de azul de metileno en solución acuosa: polvos suspendidos e inmovilizados en sustratos de vidrio. Para la inmovilización se formularon suspensiones coloidales de las nanoestructuras en etilenglicol y dietanolamina, las cuales fueron depositadas sobre el vidrio a través drop-casting. Los experimentos demostraron que las muestras recocidas fueron más eficientes para la degradación del azul de metileno que las muestras sin recocer (con superficie hidroxilada). También se observó una leve mejoría respecto a las muestras dopadas con cadmio respecto a ZnO puro. Si bien los polvos suspendidos mostraron mayor eficiencia que los inmovilizados, se consiguió la degradación del compuesto orgánico con ambas alternativas.