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Vladimir Alonso Escobar Barrios*
Los fotocatalizadores son compuestos que toman ventaja de su cualidad semiconductora, es decir, son capaces de transportar electrones toda vez que han sido excitados por alguna fuente de energía como la luz ultravioleta o solar.
Este tipo de compuestos han sido estudiados desde hace algunos años, en especial para el caso del dióxido de titanio (TiO2). Dicho compuesto es activo con luz ultravioleta y es capaz de generar entidades activas, como radicales libres, que son los encargados de interactuar con compuestos que son de interés para su degradación, a través del proceso de traslado de electrones entre la banda de valencia y la banda de conducción, y la interacción con oxígeno y/o agua.
En años recientes la investigación sobre fotocatalizadores ha abordado otros semiconductores como es el caso del óxido de zinc (ZnO) y algunos derivados del bismuto, como el oxicloruro de bismuto, que pueden ser modificados con nanopartículas metálicas. El tamaño de estos compuestos es fundamental para tener un adecuado desempeño en la fotodegradación de contaminantes o compuestos de interés.
Otro aspecto importante es el desarrollo de fotocatalizadores capaces de activarse con luz solar, debido a las implicaciones económicas que ello tiene, ya que el proceso de fotodegradación tendría menor costo, al menos durante el día. En este sentido, el dióxido de titanio ha mostrado cierta actividad aunque aún es insuficiente.; por lo que se han planteado alternativas al respecto, como el tipo de semiconductores y la modificación de éstos, obteniéndose resultados alentadores.
Por otro lado, algunos compuestos químicos que son ampliamente utilizados en industrias del cuidado personal y de plásticos, se han designado como disruptores endócrinos; es decir, tienen estructuras químicas semejantes a ciertas hormonas pero no actúan como tales. Por lo anterior, el cuerpo humano las identifica como si fueran hormonas y por tanto deja de realizar algunas funciones; y en consecuencia se han registrado casos de infertilidad en mujeres y ausencia de engrosamiento de la voz en varones adolescentes, entre otros efectos en la salud humana, debido a la presencia de dichos disruptores, aun en cantidades muy pequeñas, del orden de partes por millón o menores.
Aunado a los disruptores endócrinos, algunos colorantes que son ampliamente utilizados en la industria de la tinción, como la textil, cuando llegan a cuerpos de agua, como ríos o lagunas, pueden inhibir procesos vitales para los organismos presentes en dichos cuerpos, tales como la fotosíntesis, ya que estos colorantes interactúan con la luz solar pudiendo llegar a bloquear su paso hacia el interior del cuerpo de agua.
Este tipo de compuestos, tanto disruptores como colorantes, difícilmente son removidos de forma eficiente mediante tratamiento de agua convencionales; y en el caso de los colorantes, los cuerpos de agua no siempre son tratados.
Es por ello que los fotocatalizadores son una alternativa adecuada para la degradación efectiva de este tipo de compuestos.
En este sentido, en el IPICYT, se realizan investigaciones en torno a desarrollar y evaluar fotocatalizadores con base en óxido de zinc, de tamaño nanométrico, que han sido modificado con nanopartículas de plata, lo que le permite incrementar su eficiencia de fotodegradación.
Estos fotocatalizadores se han evaluado en su desempeño para degradar disruptores endócrinos, particularmente, el triclosan y el bisfenol A. Especial énfasis se ha puesto en entender el efecto que tienen factores como la cantidad de catalizador, el tipo de modificación y la cantidad relativa de nanopartículas utilizadas para modificar al óxido de zinc, sobre el desempeño en la degradación de estos compuestos. Entendiendo el desempeño como el porcentaje de disruptor endócrino que es degradado y el tiempo en que ello ocurre, de tal forma que entre mayor porcentaje y menor tiempo se requiera, el desempeño será mejor.
Los resultados que se han obtenido al momento indican que los fotocatalizadores con base en el óxido de zinc, que han sido modificados con nanopartículas de plata, tienen mejor desempeño que el dióxido de titanio, ya que degradan prácticamente el 100% de los disruptores endócrinos estudiados, en tiempos relativamente rápidos, menos de 60 minutos. También se ha comprobado que la modificación con nanopartículas de plata es fundamental para mejorar el desempeño de los fotocatalizadores.
Una vez que se ha conseguido establecer el efecto de los diferentes factores en la obtención del fotocatalizador sobre el desempeño de éste, ha sido posible diseñar fotocatalizadores ad-hoc. Aunado al hecho de que se han soportado en matrices de polímero, lo que le permite ser utilizados a nivel industrial. Cabe señalar que la eficiencia de estos compositos (polímero y fotocatalizador) fue menor que la de los fotocatalizadores solos. No obstante, se han logrado porcentajes de degradación de alrededor del 80 % y se está estudiando la forma de mejorar dicho porcentaje. Estos resultados son alentadores, ya que abre la posibilidad de utilizar los compositos en plantas de tratamiento de agua convencionales, y que requerirían modificaciones menores.
Aunado a este tipo de fotocatalizadores con base en óxido de zinc, se han estudiado y desarrollado fotocatalizadores con base en compuestos de bismuto, que han sido altamente eficiente para la degradación de colorantes. Se han realizado estudios que abarcan la modificación de estos compuestos con diferentes tipos de nanopartículas, tanto metálicas como orgánicas, con resultados en el porcentaje de degradación de hasta el 97 %.
Algunos de estos fotocatalizadores también han sido soportados en una matriz polimérica adecuada, y se ha evaluado su desempeño para la degradación de colorantes. Los resultados indican la reducción en el desempeño aunque son alentadores, ya que consiguió degradar hasta el 80 % del colorante.
Así que los fotocatalizadores son una alternativa adecuada para lograr la degradación de contaminantes que, aun en pequeñas cantidades, pueden incidir negativamente en la salud humana. Los fotocatalizadores son pequeñas moléculas que pueden hacer mucho.
➣ Doctor en Ciencias Químicas por la UNAM e investigador de la División de Materiales Avanzados del IPICYT.
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