Desarrollo de materiales foto-funcionales para aplicaciones medioambientales

Abstract

Debido a la creciente industrialización a nivel mundial, se ha tenido un aumento significativo en la cantidad de residuos generados, la gran mayoría de ellos catalogados como peligrosos por su alta toxicidad para diferentes organismos y ecosistemas. De ésta problemática surge una adicional y es la relacionada con su tratamiento, ya que en muchas ocasiones no se tiene una idea clara de cómo disponerlos, siendo la solución en muchos casos el vertido a cuerpos de agua o su almacenamiento, con el potencial riesgo de sufrir infiltraciones que podrían causar contaminación de cuerpos acuíferos subterráneos, las cuales son comúnmente utilizadas para el consumo humano. El agua es un recurso natural vital para la existencia de los seres vivos. Sin embargo, se está presentando una disminución preocupante de los recursos de agua potable, debido al crecimiento de la población, el uso excesivo de los recursos, el cambio climático, contaminación excesiva con agentes como detergentes, fertilizantes, herbicidas, insecticidas, metales pesados, productos químicos de diferente naturaleza, entre otros. Ante la creciente escasez de recursos hídricos de calidad y el aumento de su demanda, surge la reutilización de las aguas residuales como una solución alternativa al uso de aguas potables o prepotables para ciertas aplicaciones. La fotocatálisis heterogénea, enmarcada como una tecnología avanzada e oxidación, surge como una alternativa de descontaminación y desinfección de aguas residuales que ofrece la posibilidad de tener agua limpia para diferentes actividades humanas, gracias al desarrollo de materiales foto-funcionales innovadores y rentables y a procesos que utilizando además la radiación solar pueden ser prometedores dentro del tratamiento del agua y del aire. En esta Tesis Doctoral se han desarrollado fotocatalizadores alternativos al TiO2, con propiedades mejoradas para aplicaciones fotocatalíticas no solo en el rango UV sino en el rango visible del espectro electromagnético. En primer lugar se exploró la síntesis de ZnO por distintos procedimientos, además de estudiar las modificaciones que la incorporación de “islas metálicas” con metales como la plata o el platino, ejercen sobre las actividades fotocatalíticas del ZnO modificado. También se sintetizaron materiales como el ZnWO4, Nb2O5, Bi2WO6 por diferentes procedimientos como síntesis hidrotermal, asistida por microondas, sol-gel o precipitación química; en todos ellos se ha estudiado la influencia de los parámetros de síntesis sobre las propiedades físico-químicas de los materiales obtenidos, a través de una caracterización exhaustiva de los mismos usando un amplio número de técnicas de análisis con el fin de verificar la influencia que la modificación de las distintas variables de síntesis ocasionan a nivel de cualidades morfológicas, texturales y de composición de los mismos. El enfoque primario de esta Tesis Doctoral, es el desarrollo de nanomateriales con propiedades fotocatalíticas mejoradas para la descontaminación y desinfección de aguas, por lo tanto un aspecto importante a tener en cuenta es la evaluación de las actividades fotocatalíticas de los materiales preparados, en procesos de degradación de contaminantes en agua, utilizando tanto la rodamina B y el naranja de metilo, así como el fenol como moléculas modelo, debido a sus características contaminantes desde el punto de vista medioambiental. Además en el caso de los materiales ZnO y el Ag- ZnO, se han realizado estudios de desinfección en aguas residuales provenientes de un efluente urbano, obteniendo resultados altamente satisfactorios en la desactivación de diferentes microorganismos.