Catalizadores porosos contra contaminantes emergentes

Científicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) han logrado eliminar un modelo de contaminante emergente mediante la utilización de una serie de catalizadores mesoporosos: compuestos de óxidos de titanio y hierro que, bajo la acción de la luz, activan una efectiva combinación de procesos de oxidación avanzada.

En un trabajo publicado en la revista Journal of Environmental Management, en colaboración con la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB) y el Instituto IMDEA Energía, científicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) desarrollaron una serie de catalizadores mesoporosos que, al incorporar una doble función de fotocatálisis y foto-Fenton, han ofrecido resultados prometedores para la eliminación de contaminantes emergentes.

Los llamados “contaminantes emergentes” han comenzado a detectarse recientemente gracias al desarrollo de técnicas analíticas cada vez más sensibles. A pesar de estar presentes en cantidades muy pequeñas, sus efectos sobre la salud y el medioambiente han sido demostrados en diferentes estudios.

Un grupo importante de estos contaminantes son los fármacos, y entre estos los antibióticos. Debido a su baja concentración en las aguas residuales, los antibióticos no se eliminan completamente en las estaciones depuradoras, por lo que es necesario desarrollar nuevos procesos para su total eliminación.

Una alternativa interesante en este sentido es el uso de los denominados “procesos de oxidación avanzada”, que generan radicales altamente oxidantes capaces de convertir prácticamente cualquier compuesto orgánico en sustancias minerales, inocuas para la salud y el medioambiente.

Dos de estos procesos son “fotocatálisis” y “foto-Fenton”. En el primero se utiliza un sólido (el fotocatalizador) capaz de absorber luz y generar el potencial químico necesario para llevar a cabo esta transformación. En el segundo, los radicales se generan mediante la descomposición del agua oxigenada en presencia de hierro y luz. La gran ventaja de ambos métodos, además de su actividad descontaminante, es la posibilidad de utilizar la luz solar como fuente de energía para su activación.

Combinación efectiva

En su trabajo los investigadores lograron desarrollar catalizadores mesoporosos (es decir, con poros de 0,2 a 5 nanómetros de diámetro) capaces de eliminar el antibiótico norfloxacino mediante una combinación de dos procesos de oxidación avanzada: fotocatálisis y foto-Fenton.

Concretamente, los autores combinaron en los catalizadores dióxido de titanio (TiO₂), con alta capacidad fotocatalítica, y óxido de hierro (Fe₂O₃), capaz de llevar a cabo el proceso foto-Fenton sin desprender hierro al medio.

“Para ello utilizamos una variación del método de síntesis desarrollado por el Prof. Chmelka de la UCSB en los años 90. Estos catalizadores no sólo demuestran una alta actividad para la oxidación del norfloxacino, sino que además son capaces de eliminar todos los productos de esta oxidación hasta llevarlos a CO₂, agua y sales inorgánicas”, explican los investigadores.

Los catalizadores demostraron también una alta estabilidad en las condiciones del tratamiento, lo que permite su reutilización en ciclos sucesivos sin pérdida de actividad. “En las condiciones óptimas, se llegó a obtener una mineralización del 90 % del contaminante objeto de estudio a las dos horas de tratamiento, lo que convierte a estos catalizadores en unos candidatos muy prometedores para su aplicación a mayor escala”, aseguran los autores.

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Referencia bibliográfica:

Patricia García-Muñoz, Niels P. Zussblatt, Gema Pliego, Juan A. Zazo, Fernando Fresno, Bradley F. Chmelka, José A. Casas, Evaluation of photoassisted treatments for norfloxacin removal in water using mesoporous Fe₂O₃-TiO₂ materials. Journal of Environmental Management 238 (2019) 243. DOI: 10.1016/j.jenvman.2019.02.109