Síntesis y caracterización de nuevos fotocatalizadores heterogéneos para degradación de contaminantes y/o desinfección en medio acuoso

Résumé

En los últimos años, la detección de un número creciente de contaminantes xenobióticos en los sistemas acuáticos ha traído como consecuencia efectos nocivos en los ecosistemas, así como en la salud humana. Los procesos de oxidación avanzada como la fotocatálisis heterogénea están recibiendo una gran atención debido a su eficiencia, bajo costo, fácil recuperación de los catalizadores. En este contexto, el objetivo de esta tesis fue sintetizar nuevos fotocatalizadores sólidos basados en la heterogeneización del Rosa de Bengala (RB) con el propósito de obtener materiales con propiedades fotocatalíticas mejoradas respecto a las del colorante orgánico en medio homogéneo, lo cual, además permitía poder recuperar y reutilizar con facilidad el fotocatalizador. Para ello, el RB como sustancia fotoactiva se unió mediante diferentes procesos sintéticos a varios soportes sólidos. Los nuevos materiales fotocatalíticos, se caracterizaron y estudiaron sus propiedades fotocatalíticas de cada material en procesos de descontaminación y/o desinfección, así como las propiedades fotofísicas y fotoquímicas que presentaba el colorante asociado a cada uno los diferentes materiales. Para los estudios de fotodescontaminacion se usaron compuestos tóxicos y persistentes en el agua como el diclofenaco y el acetaminofeno, así como el ofloxacino. La capacidad fotocatalítica de los materiales para desinfección de aguas se evaluó usando cepas bacterianas Gram positivas y negativas. En cuanto a los estudios fotofísicos y fotoquímicos se realizaron estudiando la reactividad del estado excitado singlete y triplete del RB en estos catalizadores frente a los contaminantes y al oxígeno molecular. A continuación, se resumen los Capítulos que conforman esta tesis doctoral: En el Capítulo I de esta tesis, se sintetizaron dos nuevos fotocatalizadores heterogéneos nanoestructurados de sílice con y sin núcleo de magnetita que incorporan covalentemente RB en su superficie. Ambos mostraron ser capaces de producir la fotodegradación de fármacos, bajo irradiación con luz visible. Adicionalmente, estos fotocatalizadores también mostraron tener una gran eficacia en la fotoinactivación de bacterias Gram positivas. El efecto que se observó en estos materiales por la presencia del núcleo de magnetita fue principalmente físico ya que ayudaba a su recuperación mediante campos magnéticos y producía un aumento de la concentración de RB en la superficie. En el Capítulo II, se sintetizaron dos fotocatalizadores heterogéneos con RB unido covalentemente a la superficie de micropartículas de sílice con y sin núcleo de magnetita. Las micropartículas de sílice con RB demostraron una gran eficiencia en la eliminación de DCF en medio acuoso bajo irradiación de luz visible. En el Capítulo III, se determinó la influencia del porcentaje de RB al 0.5, 1 y 3% soportado sobre tejidos de poliamida, para la inactivación de bacterias Gram positivas. Así se vio que el tejido teñido al 1% de RB tenía la capacidad de fotoinactivación bacteriana más alta, siendo esta de 6 log10 unidades de reducción en ufc/mL bajo luz visible en 15 min. Con ello se vio que la cantidad de RB sobre los tejidos de poliamida tiene una gran importancia. Así, una cantidad menor de RB en el tejido no era capaz de generar suficiente oxígeno singlete, mientras que en una cantidad mayor al 1% debe generar una agregación del fotosensibilizador. Finalmente, en el Capítulo IV se sintetizó un fotocatalizador de lana de vidrio con RB en su superficie para evaluar su capacidad de fotoinactivación de bacterias Gram positivas y negativas. Para ello, primero se caracterizó el material y se evaluaron las propiedades fotofísicas por espectroscopía de fluorescencia y experimentos de fotólisis de destello láser. Posteriormente, se evaluó la fotoinactivación de bacterias Gram negativas y positivas a una concentración inicial de 106 ufc/mL, pero solo se observó, una significativa inactivación sobre las bacterias Gram positivas.