Funcionalización de TiO2 con grupos TIOL para la reducción fotocatalítica de Hg(II) en disolución acuosa

Abstract

La población mundial ha aumentado considerablemente en los últimos siglos, y como consecuencia de ello, también lo ha hecho el consumo de agua, que se ha convertido en un recurso muy escaso. Por tanto, la contaminación del agua se ha convertido en uno de los problemas más preocupantes, siendo especialmente grave la contaminación con metales pesados. Con el objetivo de preservar el medio acuático, se ha establecido a nivel mundial una normativa muy restrictiva relacionada con las emisiones de metales al medio, desarrollándose a su vez un gran número de técnicas de eliminación y recuperación de los mismos, con el fin de reducir su impacto medioambiental. Entre los metales pesados, el estudio del mercurio merece especial atención debido a su carácter altamente tóxico, acumulativo y a los efectos nocivos que produce en los seres vivos. Existen un gran número de técnicas de eliminación de compuestos de mercurio del agua, que no logran alcanzar los bajos límites de concentración legislados, por lo que surge la necesidad de investigar procedimientos para mejorar su eficacia o desarrollar técnicas alternativas de tratamiento. En este contexto, una propuesta interesante es la aplicación de la fotocatálisis heterogénea, que en la actualidad ha adquirido una gran importancia como técnica aplicada a la eliminación de contaminantes metálicos, entre los que se incluye el mercurio. Aunque generalmente se emplea dióxido de titanio como catalizador en las reacciones fotocatalíticas, una de las posibilidades para incrementar su actividad en el tratamiento de aguas contaminadas con Hg(II) es su modificación con grupos funcionales que contengan azufre, debido a la enorme afinidad que presenta el mercurio por este elemento. Como consecuencia, se plantea como objetivo principal del presente proyecto la síntesis de materiales basados en dióxido de titanio funcionalizado con grupos tiol para su aplicación en la reducción fotocatalítica de Hg(II) en disolución acuosa. Se sintetizaron diversos materiales basados en dióxido de titanio a partir de un método de síntesis sol-gel, en el que se empleó un surfactante aniónico y un alcóxido como precursor de titanio. Inicialmente, los sólidos obtenidos no mostraban una elevada cristalinidad, por lo que se llevó a cabo un estudio acerca de la influencia de diferentes variables del proceso en el desarrollo de la misma, como el tiempo de hidrólisis, la relación Ti:MPMS, la velocidad de adición de los reactivos, el tiempo de agitación del precursor de titanio, el contenido en MPMS, la temperatura del proceso, la cantidad de agua en el medio de reacción y la acidificación del medio, teniendo siempre en cuenta la incorporación de los grupos tiol en el dióxido de titanio. Todos los sólidos sintetizados se sometieron a diversas técnicas de caracterización, con el objetivo de determinar su cristalinidad, propiedades morfológicas, texturales y contenido en azufre, fundamentalmente. El estudio de estas variables permitió establecer finalmente un método de síntesis con el que se obtienen sólidos basados en dióxido de titanio funcionalizados con una elevada cristalinidad, alta capacidad de adsorción y actividad fotocatalítica. Asimismo, se llevó a cabo la síntesis de un material basado en dióxido de titanio empleando el método de síntesis desarrollado, sin incorporar la fuente de grupos tiol, con el objetivo de determinar la influencia de los mismos en los resultados obtenidos al emplear el catalizador funcionalizado, y compararlo con el dióxido de titanio comercial. De esta forma se evaluó la actividad de los sólidos sintetizados y el dióxido de titanio comercial en procesos fotocatalíticos heterogéneos de eliminación de Hg(II) de una disolución acuosa a tres valores diferentes de pH inicial. Se realizó un estudio comparativo de los resultados obtenidos con cada uno de los sólidos, analizando por separado las etapas de adsorción en oscuridad y reacción fotocatalítica, observando que los mejores resultados de eliminación de Hg(II) del medio se obtienen con el dióxido de titanio funcionalizado con grupos tiol, con independencia del pH inicial de la disolución, lo que puede ser atribuido a la gran capacidad que presenta el mercurio para formar complejos estables con el azufre. Asimismo se observó una gran dependencia entre el mercurio eliminado y el pH del medio, obteniéndose una mayor adsorción y reducción fotocatalítica cuanto mayor es el pH. Estos resultados pueden explicarse en función de las diferencias en la especiación de Hg(II) conforme se modifica el pH de la disolución.