Nuevos materiales para la purificación de aguas utilizando radiación solar

La creciente contaminación de las aguas con compuestos químicos antropogénicos representa un problema de gran magnitud debido a su impacto sobre el medio ambiente y la calidad del agua, esencial para la vida y la actividad económica.

En la Unión Europea existen más de 100.000 productos químicos registrados, cuyo control e identificación se encuentran regulados por diversas directivas.

Con el fin de evitar la acumulación no deseada de contaminantes en los sistemas acuáticos, se están dedicando grandes esfuerzos para desarrollar nuevas tecnologías que permitan su eliminación de manera eficaz en términos económicos.

Entre las más estudiadas, destacan los denominados Procesos de Oxidación Avanzada, entre los que se encuentra la fotocatálisis.

La fotocatálisis recibe especial atención, ya que posibilita la eliminación de contaminantes mediante reacciones oxidativas, utilizando para ello la radiación solar. El proceso consiste en una reacción fotoquímica que convierte la energía solar en energía química en la superficie de un catalizador. El catalizador debe ser un material semiconductor capaz de ser activado por la luz solar.

El grupo de investigación de la “Sección de Ingeniería Química” de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) trabaja actualmente en el desarrollo de nuevos materiales capaces de utilizar la luz solar para inducir la oxidación y eliminación de los contaminantes presentes en el agua.

Recientemente, han preparado materiales basados en heteroestructuras, combinando un semiconductor (Ce-TiO2) y una arcilla comercial. La utilización de arcillas tiene un valor añadido en esta investigación, puesto que se trata de un material económico y sostenible.

El semiconductor es el responsable de llevar a cabo la reacción fotoquímica, mientras que la arcilla aporta la superficie adecuada para la creación de un buen catalizador.

Este equipo de investigación, dirigido por Carolina Belver, ha logrado con éxito la combinación de ambos componentes, utilizando un método de síntesis sencillo denominado sol-gel.

Esta metodología permite la preparación de Ce-TiO2 en forma de nanopartículas, a la vez que éstas se anclan sobre la superficie de la arcilla.

Los investigadores utilizaron diversas técnicas, la mayoría de ellas disponibles en la UAM, para conocer las propiedades de estos materiales. De este modo, han podido optimizar el proceso de síntesis, obteniendo catalizadores capaces de activarse mediante la radiación solar.

Para estudiar el funcionamiento de estos materiales como catalizadores en la purificación de aguas, los investigadores han diseñado y puesto a punto un reactor fotocatalítico, equipado con un simulador solar (SUNTEST), que permite trabajar con radiación solar en el laboratorio con independencia de las condiciones meteorológicas existentes.

El equipo de reacción se complementa con diversas técnicas de análisis (cromatografía líquida, iónica, etc.), de forma que los investigadores han podido estudiar el comportamiento fotocatalítico de los materiales en la degradación de diversos contaminantes.

“Empleando este equipamiento y los materiales diseñados, hemos logrado altos porcentajes de degradación de diversos contaminantes (colorante y fenol), viendo cómo el tiempo para su degradación depende tanto del semiconductor como de la arcilla utilizada”, explica Carolina Belver, coautora del trabajo.

“La importancia de este trabajo la encontramos en el método de síntesis utilizado, en el empleo de arcillas como material de partida y, por supuesto, en el uso de radiación solar para inducir la oxidación de contaminantes en aguas”, añade Belver.

Una metodología con excelentes perspectivas de futuro

La metodología de síntesis propuesta presenta excelentes perspectivas de futuro para la preparación de nuevos fotocatalizadores.

Los investigadores continúan trabajando en el diseño de nuevos catalizadores, aunque ahora centran su esfuerzo en la eliminación de los denominados “contaminantes emergentes”.

Este tema ha adquirido gran relevancia en los últimos años debido a la diversidad de “contaminantes emergentes” existentes (fármacos, pesticidas, drogas de abuso, productos de higiene personal, etc.) y por su difícil control, al tener un origen variado; lo que conlleva un elevado impacto medioambiental.

Esta investigación ha sido realizada por investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), gracias al apoyo financiero del Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) (Proyecto CTQ2013-41963-R).

Referencia bibliográfica:

C. Belver, J. Bedia, M. A. Álvarez & J. J. Rodríguez. Solar photocatalytic purification of water with Ce-doped TiO2/clay heterostructures. Catalysis Today. Doi: 10.1016/j.cattod.2015.09.025