VIII Congreso Internacional de Investigación REDU
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Publicado el 25 de abril de 2022 | http://doi.org/10.5867/Medwave.2022.S1.CI58
Síntesis y caracterización de materiales adsorbentes y fotocatalíticos para la remoción de azul de metileno en aguas residuales
Synthesis and characterization of adsorbent and photocatalytic materials to methylene blue removal from wastewater
Ximena Verónica Jaramillo Fierro , Silvia González Pérez, Francesc Medina
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Tema
Desarrollo tecnológico y procesos energéticos
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Palabras clave
Materiales, Adsorción, Fotocatálisis, Semiconductores, Arcillas
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Introducción
En los últimos años, la contaminación del agua por colorantes se ha convertido en una de las preocupaciones mundiales más importantes. Entre las metodologías utilizadas para la remoción de colorantes en aguas residuales, la adsorción y fotocatálisis han atraído una atención extraordinaria debido a su alta eficiencia, simplicidad de diseño, facilidad de operación, bajo costo y no toxicidad. En este contexto, la búsqueda de materiales con buenas propiedades adsorbentes y fotocatalíticas es continua. Las especies minerales como arcillas, zeolitas, diatomitas, etc., son materiales porosos prometedores, ya que sus características físico-químicas, su versatilidad de uso y de aplicaciones, su abundancia y su disponibilidad como fuente de materia prima y su costo relativamente bajo garantizan un uso eficiente y eficaz en procesos de adsorción.
En este contexto, para la remediación fotocatalítica del agua se han investigado diversos semiconductores, siendo el TiO2 uno de los estudiados. Sin embargo, el TiO2 tiene algunos inconvenientes que dificultan su rentabilidad y aplicabilidad, como son: banda prohibida amplia que limita su actividad a la región UV, baja eficiencia cuántica por la rápida tasa de recombinación de pares (e-/h+) fotogenerados, y alta aglomeración de partículas que disminuye el número de sitios activos para que ocurra la reacción. Varios métodos prometedores han sido aplicados para abordar estos inconvenientes. Por ejemplo, la inmovilización del semiconductor en soportes porosos puede ser eficaz para evitar su aglomeración, y a la vez aumentar la superficie y facilitar los procesos de recuperación del fotocatalizador al final del proceso de remediación. Asimismo, la eficiencia fotocatalítica del TiO2 ha sido mejorada a través de vías comunes como el acoplamiento de semiconductores y el dopaje con elementos de tierras raras, como el lantano.
Objetivos
Sintetizar TiO2 (en su fase anatasa) y mejorar su fotoactividad mediante el acoplamiento con ZnTiO3, dopaje con La³⁺ e inmovilización sobre especies minerales locales, así como caracterizarlo y estudiar sus propiedades adsorbentes, fotocatalíticas para la remoción del colorante azul de metileno en sistemas acuosos.
Método
La síntesis de los fotocatalizadores se llevó a cabo mediante el método sol/gel. Las zeolitas fueron obtenidas a partir de arcillas mediante el método hidrotérmico. Los materiales fueron caracterizados por difractometría de rayos X, fluorescencia de rayos X, espectroscopía de reflectancia difusa, microscopía electrónica de barrido y área de superficie específica. La capacidad de adsorción y la actividad fotocatalítica se determinaron mediante la degradación de azul del metileno en reactores discontinuos. También se realizaron cálculos computacionales basados en métodos DFT utilizando el código VASP para estudiar las propiedades electrónicas y absorbentes de los catalizadores.
Principales Resultados
Los resultados mostraron que el acoplamiento de semiconductores TiO2/ZnTiO3, dopaje con La³⁺ e inmovilización en arcillas, zeolitas y tierra de diatomeas, permite obtener materiales ecológicos, versátiles, de fácil recuperación para la efectiva adsorción y degradación fotocatalítica de azul de metileno disuelto en soluciones acuosas, en luz UV y solar.
Conclusiones
Los compuestos sintetizados podrían usarse potencialmente para tratar aguas residuales contaminadas por colorantes, así como para otras aplicaciones tecnológicas lo que favorece la revalorización de los recursos minerales locales.
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