Por Mary Luz Lugo
Catálisis
y fotocatálisis
Como
sabemos la catálisis es un proceso químico que se lleva a cabo mediante el uso
de un catalizador. Los catalizadores son sustancias que aceleran la velocidad
de una reacción química sin consumirse en ella.
El
mecanismo mediante el cual un catalizador aumenta la velocidad de una reacción
química es disminuyendo la energía de activación. Como lo estudiamos en
cinética química, para que los átomos, moléculas o iones puedan reaccionar
primero, deben hacer contacto entre ellos, es decir, debe haber una colisión.
Segundo, deben acercarse con una orientación apropiada y tercero, la colisión
deberá suministrar una cierta energía mínima, llamada Energía de Activación.
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| Perfil de Energía de Activación con catalizador. Elaboración propia |
El
catalizador actúa dentro del mecanismo de reacción suministrando un “camino” alternativo
que requiere menor gasto energético. Dicho en otras palabras, disminuyendo la
energía de activación. En la fotocatálisis ocurre una reacción fotoquímica
donde la energía solar se transforma en energía química en la superficie de un
catalizador o fotocatalizador.
En la fotocatálisis heterogénea (donde el
sustrato y el fotocatalizador están en diferentes fases), el fotocatalizador
suele ser un sólido particulado suspendido en la disolución del sustrato o
puesto directamente en contacto con el o los sustratos en fase gaseosa.
El
dióxido de titanio, TiO2 es uno de los fotocatalizadores más utilizados, debido,
entre otras cosas, a la actividad fotocatalítica demostrada y a las propiedades
tales como: la estabilidad química, la resistencia a la corrosión, la baja toxicidad
y el bajo costo. Es por estas interesantes propiedades que ha sido empleado en
diversidad de aplicaciones como en protectores solares, en celdas
fotovoltaicas, en la degradación de contaminantes, en biosensores, en la
purificación de agua, etc.
Con
respecto a la degradación de contaminantes, el dióxido de titanio ha demostrado
una alta eficacia en diferentes matrices o sitos contaminados, lo cual aumenta las
ventajas en el uso de este fotocatalizador.
- La descontaminación de agua
La
fotocatálisis en medio acuoso produce radicales libres, llamados hidroxilos,
los cuales actúan en la degradación de compuestos orgánicos e inorgánicos
presentes en el agua. Los compuestos orgánicos, principalmente, han sido removidos
eficientemente mediante estos procedimientos.
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| Contaminación del agua. Fuente Pixabay |
Sin embargo, los compuestos
tóxicos bioresistentes pueden ser mineralizados a productos tipo CO2, sulfatos,
nitratos, nitrógeno y agua. Inclusive, en algunas investigaciones, se ha
demostrado que las especies fotodegradadas también pueden ser útiles para la
desinfección de las aguas.
- La descontaminación de suelos
La
fotocatálisis asimismo ha generado resultados prometedores en la remediación
de suelos contaminados con hidrocarburos. Igualmente, se han realizado estudios
con resultados exitosos en la degradación de bifenilos policlorados (BFP) y en
la remoción de pesticidas en suelos contaminados, mediante la implementación de
la oxidación fotocatalítica.
- La descontaminación de aire
La
fotocatálisis no se limita a reacciones en fase acuosa, sino también se da muy
bien en fase gaseosa. La mayoría de los estudios reportados en fase gaseosa se
basan en la degradación fotocatalíta de los compuestos orgánicos volátiles
COVs. En estos procedimientos es necesaria cierta cantidad de humedad para que
se forme el radical hidroxilo que inicia la reacción.
Luego esta hidratación se
mantiene sobre el fotocatalizador debido a la oxidación de los enlaces C-H de
los compuestos contaminantes. Generalmente se utiliza tolueno como molécula
modelo en estos estudios.
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| Contaminación del aire. Fuente Pixabay |
Una aplicación plausible es la descontaminación de
gases de combustión. La eliminación de gases contaminantes como NOx, SOx y CO
es viable con esta metodología. De allí el interés creciente de los investigadores
en estudiar materiales formulados con dióxido de titanio para aprovechar las
bondades que este fotocatalizador presenta.
Una aplicación
interesante para la construcción y remodelación de las edificaciones, sobre todo en las
grandes ciudades, donde la cantidad de emisiones de gases contaminantes por el
alto tráfico de vehículos y las emanaciones producto de las actividades industriales son enormes, consiste en la implementación de
revestimientos (frisos, concretos, pinturas) con aditivos fotocatalizadores como el dióxido de
titanio.
Aplicar dióxido de titanio a las mezclas de los revestimientos de las
edificaciones y fachadas genera una metodología simple y económica para mitigar
los efectos de la contaminación atmosférica. En un próximo artículo estaremos detallando con más detalle estas nuevas tecnologías.
Referencias:
1. Dióxido de titanio como tratamiento final de agua. Extraído de:
https://www.aguasresiduales.info/revista/articulos/aplicacion-de-nano-fotocatalisis-con-tio2-como-tratamiento-final-de-agua-de-salida-de-depuradora.
2. Purificación de agua por fotocatálisis. Extraído de: https://es.scribd.com/document/144363711/08cap03
3. Fotocatálisis. Extraído de:
https://es.scribd.com/document/395901753/14FotocatlisisinicioactualidadyperspectivasatravsdelTiO2Review
