Degradación de contaminantes orgánicos en aguas mediante fotocatálisis con materiales basados en TIO2

Resumen

El problema de la contaminación del agua por sustancias que no pueden ser eliminadas por los métodos convencionales de depuración, requiere el uso de tecnologías avanzadas para el tratamiento de los efluentes acuosos que eviten que dichos contaminantes se incorporen tanto a aguas superficiales como subterráneas. Una de las propuestas para alcanzar este objetivo es la fotocatálisis heterogénea. Esta tecnología se basa en la irradiación de un material semiconductor, como el dióxido de titanio, con radiación de energía suficiente para promover electrones desde la banda de valencia hasta la banda de conducción. En estas condiciones se producen en último término radicales hidroxilo que actúan como agentes oxidantes enérgicos capaces de degradar de forma no selectiva la mayor parte de los contaminantes no biodegradables. En la primera parte de la Tesis se utilizó el diseño factorial de experimentos para estudiar la influencia de las variables de reacción sobre la degradación fotocatalítica de diferentes herbicidas (atrazina, simazina e isoproturón) y de un contaminante emergente (4-acetilamionantipirina) empleando radiación UV y dióxido de titanio comercial Degussa P25 como catalizador, además se ha realizado un estudio exhaustivo de los productos intermedios formados durante la reacción fotocatalítica, con el fin de proponer los mecanismos de degradación de los diferentes contaminantes. Finalmente se estudió la evolución de la toxicidad del agua tratada. En una segunda parte se sintetizaron catalizadores basados en dióxido de titanio, incorporando elementos no metálicos (nitrógeno, azufre y carbono) como dopantes. Como fuentes de nitrógeno se utilizaron urea, hidróxido de tetrametilamonio y trietilamina. Como fuente de azufre se empleó tiorea y glucosa como fuente de carbono. Los métodos de síntesis utilizados fueron el método sol-gel y el método hidrotérmico. Estos catalizadores sintetizados se caracterizaron mediante difracción de Rayos X, espectrofotometría de reflectancia difusa en UV-visible, adsorción-desorción de nitrógeno a 77 K y análisis elemental. Los catalizadores sintetizados se ensayaron en la reacción de degradación fotocatalítica de atrazina con radiación UV. En general, los catalizadores sintetizados por el método sol-gel resultaron ser muy activos, algunos incluso más que el catalizador comercial Degussa P25. Por último se ensayaron algunos de los catalizadores sintetizados en la degradación fotocatalítica de atrazina utilizando luz solar simulada. Asimismo, se utilizó el catalizador comercial Degussa P25 atítulo comparativo. Los mejores resultados se obtuvieron con el catalizador dopado con nitrógeno, calcinado a 750ºC y con el catalizador sin dopar, calcinado a la misma temperatura. Con ambos se obtuvieron resultados similares a los alcanzados con el dióxido de titanio comercial Degussa P25. Por el contrario, el catalizador dopado con azufre resultó tener una actividad baja y el catalizador dopado con nitrógeno y calcinado a 550ºC resultó ser el menos activo de todos ellos. Mediante la técnica HPLC/MS se identificaron los principales compuestos intermedios formados, así se pudo proponer un mecanismo para la degradación fotocatalítica del herbicida con luz solar simulada. Se observaron diferencias en el tipo y concentración de los intermedios detectados con cada uno de los catalizadores empleados. Merece la pena destacar que algunos de los productos de degradación identificados no habían sido descritos en la bibliografía consultada.