Investigadores diseñan un material para remediar aguas contaminadas con luz solar

La contaminación del agua, superficial y también subterránea, es una problemática local y mundial que se incrementa contantemente. Entre los principales causantes de este fenómeno se encuentran la industria textil, imprentas, curtiembres, pesticidas, agroquímicos y los llamados emergentes que incluyen fármacos.

Un grupo de científicos del Centro de Investigación y Tecnología Química (CITeQ, CONICET-UTN) estudia cómo remediar las aguas contaminadas utilizando la luz del sol, a través de materiales mesoporosos, es decir que tienen poros en su estructura que pueden, a su vez, contener otros elementos. Recientemente el grupo integrado por Griselda Eimer, Sandra Casuscelli -investigadoras principales del CONICET-, Verónica Elías –investigadora adjunta del CONICET- y Pablo Ochoa Rodríguez -becario doctoral del CONICET- logró sintetizar de manera económica y eficiente un material que que resulta prometedor para su aplicación bajo luz solar, degradando residuos de la industria textil resistentes a los tratamientos tradicionales.

En particular, el grupo pudo crear en laboratorio un material ya conocido, el óxido de titanio, pero a través de un proceso de síntesis que podría absorber luz solar. y generar reacciones químicas que derivan en la degradación y mineralización de los contaminantes adsorbidos en la superficie del óxido. Además el método de síntesis es más económico que los tradicionales.

El sol como remedio

Los fotocatalizadores son materiales semiconductores que al recibir energía radiante –luz- de determinada frecuencia-, dan lugar a la formación de moléculas portadoras de carga eléctrica que reaccionan con el agua y el oxígeno del medio en el que se encuentran generando especies, llamadas radicalarias. “Estas poseen un elevado poder oxidante y son capaces de atacar a los contaminantes orgánicos promoviendo su degradación y mineralización, o sea, disminuir la concentración del compuesto orgánico y a su vez convertirlo a dióxido de carbono y agua”, explican los científicos.

El fotocatalizador más ampliamente estudiado es el dióxido de titanio. Sin embargo, este material tiene algunas limitaciones en cuanto al tratamiento de aguas contaminadas. “Los principales inconvenientes están asociados a que se activa sólo con radiación UV, por lo que no hace un uso eficiente de la radiación solar, además de la muy baja área específica que pose, que disminuye aún más en suspensión acuosa porque se aglomeran sus partículas”, aseguran los investigadores. El área específica es la superficie sobre la cual se desarrollan los sitios activos que interactúan con los sustratos, es decir que mientras mayor sea, mayor será la adsorción del contaminante que se pretende degradar.

Dióxido de titanio, pero mejor

Con el objetivo de conseguir un fotocatalizador más eficiente, los científicos estudiaron cómo sintetizar óxido de titanio mesoporoso, con una elevada área específica, en comparación con el comercial. Para ello analizaron cómo modificarlo a partir de la inclusión de otros elementos que permitan que el material se active con la luz visible –radiación solar-.

En este sentido, desarrollaron dos materiales en base a métodos de síntesis diferentes. MT1 implica un método convencional que involucra el uso de surfactantes -moléculas que en solución y bajo ciertas condiciones se unen de una manera determinada- y un proceso de calcinación a 450 ºC que permite eliminar este elemento que sirvió de guía para dar estructura al material. Por su parte, MT2 propone un procedimiento menos tradicional, no involucra el uso de surfactante y se seca a sólo 60 ºC.

Las ventajas del MT2 son múltiples frente a MT1. Su proceso de síntesis es más económico, por usar baja temperatura, tiempos más cortos y no necesitar surfactante ni reactivos adicionales. Además mejoró su capacidad de absorción de radiacion, ya que se activa con luz visible: en ensayos de laboratorio, al cabo de cinco horas de irradiación, con el MT2 se alcanzó una degradación del 96% del colorante ácido naranja 7 –contaminante generado por la industria textil que no es eliminado por los tratamientos tradicionales- presente en la solución, mientras que con el MT1 sólo se consiguió destruir un 27%.

Esto se debe a que MT2 posee mayor área. A su vez, la presencia de carbono –que no fue eliminado como consecuencia de no haberse realizado una calcinación a elevadas temperaturas durante la síntesis- garantiza la presencia de radicales en el medio para promover la degradación y, a su vez, posibilita la absorción del material en el rango visible, puesto que actúa como fotosensibilizador.

Los investigadores concluyen que “este es un primer paso para generar una potencial herramienta eficaz, económica y amigable con el medio ambiente para remediar aguas contaminadas como resultado de procesos industriales. Cuando el material tenga la respuesta óptima a la luz solar, podría utilizarse en una aplicación a mayor escala en el tratamiento de efluentes antes de descargarlos a los cursos de agua y evitar así su contaminación, aprovechando la luz del sol”.