Nanomateriales con propiedades fotocatalíticas mejoradas para tratamientos de purificación de aguas

Abstract

En los últimos años, el rápido crecimiento de la población mundial y el desarrollo industrial ha desencadenado una crisis de contaminación ambiental que ha influido considerablemente en la salud de los seres humanos y en el desarrollo sostenible del medio ambiente. En particular, los recursos hídricos naturales y su escasez se han convertido en uno de los retos más graves que afronta nuestro mundo hoy en día, ya que múltiples contaminantes ingresan continuamente en las fuentes de agua desde distintos emplazamientos industriales y agrícolas. Gran cantidad de aguas residuales de origen doméstico, agrícola y comerciales se vierte en el medio acuático sin un tratamiento adecuado, al menos en determinadas zonas de nuestro planeta. Actualmente existen diversas tecnologías aplicadas en la descontaminación de aguas residuales. Sin embargo, estos procesos suelen consumir grandes cantidades de energía que pueden encarecer la viabilidad económica del procedimiento en periodos de crisis energéticas. Por lo tanto, es fundamental desarrollar tecnologías avanzadas, respetuosas con el medio ambiente, de bajo coste y de alta eficiencia para el tratamiento de las aguas contaminadas y de esta forma cumplir con la legislación comunitaria vigente. La fotocatálisis heterogénea es una reconocida tecnología ambiental, la cual usa materiales semiconductores con actividad fotocatalítica funcional para generar potentes radicales oxidantes. Uno de los grandes desafíos es cómo optimizar la eficiencia de los fotocatalizadores para mejorar la absorción de la luz y reducir la recombinación de portadores de carga fotogenerados, que dependen de las propiedades de los materiales fotocatalíticos, como su energía de banda prohibida y su estructura cristalina. El trabajo desarrollado en esta Tesis Doctoral se ha centrado en la búsqueda de nuevos materiales con propiedades mejoradas para aplicaciones fotocatalíticas de descontaminación/desinfección de aguas y que operen no solo el UV sino en el rango visible del espectro electromagnético. Para ello, se estudió la influencia de los parámetros de síntesis sobre las propiedades fisicoquímicas de los materiales obtenidos, a través de una caracterización exhaustiva de los mismos usando un amplio número de técnicas de análisis con el objeto de verificar la influencia que la modificación de las distintas variables de síntesis ocasionan a nivel de cualidades morfológicas, texturales y de composición de estos. En este trabajo se analizó la síntesis de TiO2 por distintos procedimientos, estudiando como las modificaciones de ciertas variables en el procedimiento de síntesis influyen sobre la actividad fotocatalítica del TiO2 sintetizado. Además, se estudió el incremento de la eficiencia fotocatalítica de semiconductores de banda ancha (como el TiO2, el SnO2 o el NaTaO3) mediante el acoplamiento con materiales de banda estrecha (AgBr, Ag3PO4), los cuales actúan como sensibilizadores capaces de captar fotones de la región visible del espectro solar. A la vez, también se analizó la actividad fotocatalítica del acoplamiento entre dos semiconductores de banda estrecha (AgBr y WO3) para, tras su caracterización, evaluar la eficiencia fotocatalítica de los sistemas acoplados. La evaluación de las actividades fotocatalíticas de los materiales sintetizados, simples o acoplados, fue realizada utilizando tanto colorantes tóxicos (rodamina B y naranja de metilo) como la cafeína y el ácido cafeico, debido a las características contaminantes que presentan estas moléculas desde el punto de vista medioambiental. No, obstante, los materiales acoplados AgBr/TiO2-facetado, AgBr/SnO2 y AgBr/WO3 fueron seleccionados (debido a su alta fotoactividad) para estudios de desinfección de aguas, obteniendo resultados muy positivos.