Reducción fotocatalítica de hg (ii) en disolución acuosa

Abstract

El agua es una sustancia esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. Cubre el 71% de la superficie terrestre y se localiza principalmente en los océanos, donde se concentra el 96,5% del agua total. Sin embargo, sólo un 2% de su volumen se encuentra en forma dulce y estado líquido, componiendo los ríos y lagos. Por ello es considerada un recurso fundamental. En los últimos años, el crecimiento de la población mundial, su disposición en núcleos urbanos y el desarrollo de la actividad industrial, han hecho que la calidad del agua se vea afectada negativamente, por lo que los tratamientos y procesos de purificación de ésta han cobrado especial relevancia. Entre las distintas tecnologías propuestas como alternativas a las técnicas convencionales de tratamiento se encuentra la fotocatálisis heterogénea. La fotocatálisis heterogénea es un proceso catalítico, basado en la absorción de energía de determinada longitud de onda, capaz de excitar a un semiconductor que actúa como catalizador. La irradiación provoca en el semiconductor la formación de pares electrón-hueco que pueden migrar a su superficie generando radicales muy reactivos capaces de degradar los contaminantes que hay en el medio. Teniendo en cuenta los catalizadores empleados en este tipo de técnicas, el más común es el dióxido de titanio debido a sus buenas características ópticas y electrónicas, bajo coste, elevada estabilidad química y nula toxicidad. Este semiconductor es capaz de formar pares electrón-hueco cuando es iluminado con fotones de energía correspondiente a la zona del ultravioleta cercano. A pesar de que la fotocatálisis heterogénea se utiliza fundamentalmente para eliminar compuestos orgánicos, recientemente se están desarrollando numerosos estudios para la eliminación de metales como mercurio, cobre, plata, níquel, etc. mediante este tipo de procesos. El mercurio es un contaminante muy tóxico para la salud humana y muy difícil de eliminar mediante tratamientos convencionales. Por este motivo, el presente trabajo se ha centrado en la investigación de la eliminación de mercurio mediante fotocatálisis heterogénea con TiO2. La primera parte del proyecto se centró en la síntesis del fotocatalizador, dióxido de titanio, por el método sol gel. Una vez calcinado a 750ºC se emplearon diferentes técnicas de caracterización, como difracción de rayos X, espectroscopía UV-Vis y medida del área BET, para conocer sus características estructurales y superficiales. A continuación se llevó a cabo al estudio de las reacciones fotocatalíticas. Para ello se realizaron diferentes ensayos en los que se determinó la influencia del pH y la presencia de captadores de huecos tanto en la etapa de adsorción previa de mercurio sobre la superficie del catalizador como en la de reacción fotocatalítica, en la que se produce la reducción de Hg (II) a Hg0. Primeramente, se modificó el pH del medio entre 2 y 10. Los resultados obtenidos mostraron que a valores bajos de pH tanto la adsorción como la reacción estaban desfavorecidas, mientras que a pH elevados la velocidad y la eficacia del proceso fueron superiores. Por este motivo, la segunda parte del estudio se centró en la adición de captadores de huecos que favorecieran la reducción a pH ácidos o neutros. Los aditivos utilizados fueron el metanol y el ácido fórmico y como cabía esperar ambos contribuyeron a mejorar el proceso fotocatalítico. La eficacia obtenida en las mismas condiciones experimentales fue mayor para el ácido fórmico que para el metanol. Al finalizar cada reacción, el catalizador fue recuperado mediante filtración y analizado empleando la técnica de difracción de rayos X para conocer el estado de oxidación y la especiación del mercurio.