FOTODEGRADACIÓN DE NARANJA DE METILO INDUCIDA POR TiO2 DOPADO CON GALIO

Resumen

Introducción: Los problemas ambientales derivados a partir de la descarga indiscriminada de colorantes y otros contaminantes emergentes en efluentes acuosos representan una seria amenaza en nuestra región. La mayoría de estos compuestos no sólo presentan una elevada toxicidad, sino que además resultan solubles en agua y son resistentes a la degradación química y biológica. Por lo general, los métodos convencionales de tratamiento de aguas sólo involucran la transformación física de los contaminantes, sin producir su degradación. Es por ello que resultan cada vez más atractivos métodos alternativos como los procesos de oxidación avanzada, a través del uso de semiconductores.¹ El objetivo de este trabajo fue estudiar la fotodegradación del colorante azoico naranja de metilo (MO) en presencia de nanopartículas (NPs) de dióxido de titanio (TiO₂), prístinas y dopadas con Ga. Para ello se aplicaron métodos tanto experimentales como teóricos, basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT), de modo de identificar aquellos factores que promueven los mecanismos de interacción y descomposición de dicho colorante sobre el material semiconductor.

Resultados: Se sintetizaron NPs de TiO₂ (100% anatasa) de 18 nm a través de la hidrólisis y peptización del isopropoxido de Ti(IV) en medio ácido.² El nitrato de Ga(III) se usó como precursor del metal dopante, obteniéndose NPs de menor tamaño que en el caso del catalizador sin dopar. Asimismo se construyeron modelos bulk de anatasa para evaluar a nivel DFT el efecto de la incorporación de Ga sobre las propiedades electrónicas. Los estudios de fotodegradación se realizaron en una celda de vidrio termostatizada en donde la suspensión de MO-TiO₂ fue irradiada a través de 2 lámparas UVC de 18 W cada una. Se evaluaron diferentes condiciones de pH, relación molar Ga/TiO₂ y concentración inicial de MO. La cantidad degradada se determinó de través de espectroscopia UV-Vis y el porcentaje de mineralización se calculó a través del análisis de carbono orgánico total. Los resultados obtenidos mostraron que: a) el dopado con Ga introduce estados de impureza en la banda prohibida de la anatasa, lo cual permitiría aumentar su capacidad de absorción de luz; b) la adsorción de MO sobre el fotocatalizador sólo fue detectada a pH ácidos; y c) la velocidad de fotodegradación depende significativamente del pH (siendo 6 el valor óptimo) y de la concentración inicial de MO. Por último, se obtuvo una cinética de primer orden y el porcentaje de mineralización resultó menor a 27% en todos los casos.

Conclusiones: El TiO₂ dopado con Ga resultó ser un catalizador auspicioso en la fotodegradación de MO en agua. Sin embargo, el escaso porcentaje de mineralización obtenido hasta el momento sugiere que aún es necesario realizar un mayor número de ensayos a fin de completar la optimización de los parámetros críticos que influyen en la efectividad de los fotocatalizadores resultantes, en particular la cantidad de dopante.