La Fotocatálisis y la Descontaminación Ambiental

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.

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.

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.

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