Degradación fotocatalítica de pesticidas en disolución acuosa

Abstract

Debido al impacto cada vez mayor de los contaminantes en los ecosistemas y su incidencia tanto biológica como económica y social, así como a la demanda de un medio más sostenible, se ha producido un endurecimiento en las regulaciones ambientales, principalmente en lo referente a la presencia de contaminantes en las aguas. Cabe destacar que solamente el 3% del agua de todo el planeta es dulce, y su disposición se ve afectada principalmente por su contaminación, y en especial aquella con carácter antropogénico. Por este motivo, las principales líneas de investigación en materia ambiental se centran en la búsqueda de nuevas técnicas que permitan preservar los recursos naturales actuando de una manera eficaz y limpia. En el ámbito de las aguas contaminadas, los Procesos Avanzados de Oxidación, y entre ellos la fotocatálisis heterogénea, se presentan como una alternativa prometedora a los métodos tradicionalmente empleados para la eliminación de contaminantes no biodegradables. Como ventajas más relevantes de la fotocatálisis heterogénea, cabe destacar que admite utilizar radiación solar como fuente de energía primaria, su relativa eficacia, permitiendo alcanzar la mineralización total de los contaminantes en buena parte de los casos o la necesidad de cortos períodos de reacción. De esta forma, constituye una de las técnicas más atractivas desde el punto de vista ambiental para el tratamiento de aguas residuales. El presente trabajo forma parte de una línea de investigación llevada a cabo por el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos, donde se estudia la eliminación de contaminantes presentes en aguas residuales a través de procesos de fotocatálisis. En concreto, este proyecto se centra en la degradación de dos herbicidas de dos familias diferentes por oxidación fotocatalítica basada en la utilización de TiO2. El objeto de estudio de este trabajo está centrado en el análisis de las condiciones óptimas para la degradación fotocatalítica de dos pesticidas como son la simazina y el isoproturón. Para ello se emplea luz ultravioleta y dióxido de titanio como catalizador de las reacciones. Se ha estudiado la influencia en la eficacia del proceso de variables como el pH del medio, la concentración de catalizador o la presencia de compuestos metálicos. A su vez, se ha investigado el mecanismo de las reacciones a partir de la identificación de los intermedios producidos. A lo largo del estudio, se puede encontrar una clara división en las líneas de trabajo, marcada por el contaminante a estudiar. En el primer caso analizado, se llevó a cabo un diseño de experimentos para determinar las condiciones óptimas para la degradación de simazina utilizando como variables incógnita la cantidad de catalizador y el pH, siendo la variable respuesta la conversión de este compuesto a diferentes tiempos de reacción. Con el objetivo de centrar este diseño, se realizaron diversas pruebas variando la concentración de TiO2 hasta encontrar un punto central óptimo. Todas las reacciones se realizaron tomando una concentración de contaminante de 5 ppm, determinado por el límite de solubilidad en medios acuosos. En la otra parte del estudio llevado a cabo, se analizaron diversas propuestas para encontrar unas buenas condiciones para la degradación fotocatalítica del herbicida isoproturón. En este caso, se utilizaron concentraciones iniciales de contaminante más elevadas, de 25 ppm, estudiándose la influencia sobre el proceso de variables como el pH, la concentración de oxígeno en el medio o la presencia de compuestos metálicos, entre otras, para una concentración de catalizador de 1 g/L. A lo largo de todo el proyecto se analizaron las muestras mediante cromatografía de líquidos (HPLC), pudiendo obtener a través de los calibrados adecuados la conversión de los reactivos con el tiempo, así como la formación de algunos productos conforme transcurría la reacción. A su vez, se analizó la toxicidad de determinadas muestras como complemento final al estudio a modo de comprobación del alcance de los últimos estadios de la degradación.