Nanoestructuras de tio2 para descontaminación de aguas

Abstract

La entrada en vigor de convenios internacionales como los de Basilea, Estocolmo y Rotterdam, dieron relevancia de la problemática mundial asociada a la presencia en el ambiente de compuestos orgánicos persistentes, plaguicidas y metales pesados. Estas sustancias presentan muy baja biodegradabilidad por lo que se bioacumulan y biomagnifican en la red trófica, pueden ser transportadas largas distancias y su transformación es insuficiente mediante métodos convencionales. Los Procesos de Oxidación Avanzados (POAs) son tecnologías que permiten el tratamiento de estas sustancias, reduciendo su impacto sobre el ambiente. La Fotocatálisis Heterogénea (FH), uno de los POAs más estudiados, consiste en irradiar un semiconductor con luz para generar especies reactivas capaces de transformar contaminantes. La naturaleza superficial de esta tecnología hace provechosa la utilización de materiales de elevada área superficial como las nanoestructuras. Uno de los semiconductores más empleados en FH es el dióxido de titanio (TiO2). La oxidación anódica (OA) es una de las técnicas más simples, versátiles y económicas para sintetizar recubrimientos de TiO2 nanoestructurados con diferentes morfologías. La excelente adhesión sustrato-recubrimiento lograda por OA evita la costosa etapa de separación y recuperación del TiO2 y, adicionalmente, permite sintetizar recubrimientos sobre soportes con diferentes geometrías y tamaños, una característica tecnológicamente muy ventajosa para el diseño y construcción de reactores. Las condiciones de síntesis (voltaje, naturaleza y concentración del electrolito, etc.) determinan la morfología del recubrimiento. Empleando titanio de pureza comercial como sustrato, ácido sulfúrico como electrolito y voltajes elevados (>100 V) fue posible obtener recubrimientos porosos con espesores y diámetro de poros del orden de 1 µm y 100 nm, respectivamente. Por otra parte, cuando se empleó electrolitos conteniendo Ffue posible obtener recubrimientos nanotubulares, de elevada área superficial, con diámetros y longitudes de tubos de 40-100 nm y 0,1-30 µm, respectivamente. Ensayos de adherencia y erosión realizados indicaron un buen desempeño mecánico. Para evaluar la actividad fotocatalítica de los recubrimientos obtenidos en placas planas (2 × 2 cm2 ) se empleó un sistema agitado de múltiples posiciones, con irradiación UV cenital, refrigerado por aire, empleando como contaminante modelo Cr(VI), una sustancia presente en efluentes de numerosas industrias como ser del curtido de cueros, galvanoplastia, pinturas, y conocida por los nocivos efectos ambientales, su toxicidad aguda y efectos carcinogénicos y mutagénicos. Ambos tipos de recubrimientos, tanto porosos como nanotubulares, mostraron ser capaces de reducir el Cr(VI) a Cr(III) bajo irradiación con luz UV, en porcentajes de transformación variables (según las características del recubrimiento), logrando una transformación del 100% luego de 2 h de irradiación para recubrimientos nanotubulares obtenidos en electrolitos de base orgánica de etilenglicol. Adicionalmente, estos recubrimientos fueron sintetizados en sustratos de geometría cilíndrica y empleados en la construcción de un reactor modular, anular concéntrico, en reflujo cerrado circulado mediante una bomba peristáltica, con tubo fluorescente central para proveer de irradiación UV al sistema. Las eficiencias alcanzadas fueron elevadas, equivalentes a las alcanzadas en ensayos sobre placas planas. Estos resultados demuestran el elevado potencial de estos sistemas modulares en la resolución de problemáticas ambientales.