Degradación fotocatalítica de pesticidas con materiales basados en TiO2

Abstract

El endurecimiento de las regulaciones ambientales en los últimos años, es la consecuencia del impacto cada vez mayor de los contaminantes en los ecosistemas y su incidencia biológica, económica y social y la demanda de un medio sostenible. En el caso del agua esta problemática ambiental es aún más grave, pues únicamente el 3% del agua de todo el planeta es dulce, y la disposición de la misma se ve afectada principalmente por su contaminación, sobre todo de origen antropogénico. Es por este motivo que existen muchas líneas de investigación en materia ambiental acerca del agua, las cuales se centran en la búsqueda de nuevos métodos de tratamiento de aguas contaminadas, como son los Procesos de Oxidación Avanzada. Entre ellos se encuentra la fotocatálisis heterogénea, objeto de estudio en el presente proyecto. Una de las ventajas más atractivas de la fotocatálisis heterogénea es la posibilidad de emplear la luz solar como fuente de energía primaria para la mineralización de contaminantes, por lo que que se erige como una alternativa importante a los métodos tradicionales empleados para depuración de aguas. El presente proyecto forma parte de una línea de investigación llevada a cabo por el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos, sobre eliminación de contaminantes presentes en aguas residuales a través de procesos fotocatalíticos. Este trabajo se centra en la degradación mediante fotocatálisis heterogénea de dos pesticidas pertenecientes a diferentes familias empleando dióxido de titanio. El objeto de estudio de este proyecto se define en dos líneas de trabajo diferenciadas, como son la búsqueda de las condiciones más favorables de reacción en un proceso fotocatalítico, y la síntesis de catalizadores basados en dióxido de titanio modificado. En el primer caso, se ha estudiado la degradación fotocatalítica de isoproturón, herbicida incluido en la lista de contaminantes prioritarios de la Directiva 2008/105/CE. Se ha analizado el efecto de tres factores como son la concentración de catalizador, el pH y la concentración de herbicida en el medio, así como los compuestos intermedios que se generan, definiendo el posible mecanismo de reacción. Para ello se ha recurrido a técnicas analíticas tales como HPLC-UV, HPLC-MS, TOC y ecotoxicidad. Las condiciones más favorables obtenidas tras el estudio han sido elevada concentración de TiO2, pH ácido y baja concentración de isoproturón. La otra parte del estudio consiste en la síntesis de catalizadores basados en TiO2 modificados con nitrógeno para verificar si sufren una mejora de su actividad fotocatalítica e incluso una reducción del band gap que permitiría emplearlos con luz solar. La actividad de dichos catalizadores se ha evaluado en la reacción de degradación fotocatalítica de atrazina, otro de los contaminantes considerados como prioritarios por la Unión Europea. El método de síntesis hidrotérmico es el propuesto por Yan M. (2005), en el que se preparan por separado dos fases. La unión de las mismas dará lugar a dióxido de titanio mesoporoso con estructura amorfa, que pasará a ser cristalina tras el tratamiento hidrotérmico a 120ºC en un autoclave. Los catalizadores obtenidos se han caracterizado con el fin de conocer mejor su estructura y comportamiento en reacción, mediante técnicas de caracterización como son la espectroscopía de reflectancia difusa en ultravioleta visible, difracción de Rayos X, análisis elemental y textural. La incorporación de nitrógeno en la síntesis reduce el band gap, pero no se aprecia una mejora apreciable con respecto a la P25 en cuanto a la actividad fotocatalítica. Para la mejora de los catalizadores sintetizados se ha de encontrar las condiciones más favorables de síntesis atendiendo a factores como la temperatura del tratamiento hidrotérmico, cantidad de agua en la síntesis y pH del medio.