Evaluación del oxiyoduro de bismuto como una alternativa para la descontaminación de aguas impactadas con atrazina y con presencia de materia orgánica natural.

Abstract

La continua expansión industrial y el aumento en el uso de compuestos químicos por parte de la sociedad, ha generado una mayor presencia y variedad de compuestos orgánicos en el medio ambiente. Actividades industriales tales como: la industria forestal, textil, manufacturera, agrícola, farmacéutica, entre otras; disponen de sus residuos y generan emisiones principalmente hacia los cuerpos de agua y el aire. Dichas actividades han generado un aumento en la presencia de compuestos químicos en el medio ambiente. Los cuales, presentan un riesgo para la salud del ser humano y los ecosistemas. Lo anterior, ha sido evidenciado por varios autores (Rohr y Smith 2005; Barceló et al., 2007; Salaberria et al., 2009; Hayes et al., 2010; Vernouillet y Urrea 2010; Toraud et al., 2011; Antunes et al., 2012; Solomon et al., 2013; Nguyen et al., 2013), demostrando los efectos negativos (ej. alteración de su estructura y sus ciclos biológicos) sobre los organismos acuáticos. En el presente trabajo se utilizaron dos compuestos modelos, un herbicida y un colorante. El herbicida escogido fue la atrazina, compuesto selectivo, ampliamente utilizado a partir de 1950, que se convirtió en un compuesto polémico, luego que se le adjudicara efectos de disrupción endocrina, afectando principalmente a anfibios y fauna acuática (Vajda et al., 2008; Golla et al., 2011). El colorante seleccionado fue el naranja de metilo, dicho compuesto se utiliza principalmente por la industria textil manufacturera y la farmacéutica. El naranja de metilo, al pertenecer al grupo de colorante azoderivados, presenta un gran riesgo para los ecosistemas acuáticos, ya que, posee la capacidad de generar aminas aromáticas, que son incoloras, pero también pueden ser tóxicas e incluso algunas pueden llegar a ser cancerígenas (Guettaï et al., 2005; Rashed et al., 2007; Huiqan et al., 2012). Ambos compuestos han presentado registros de baja eficiencia de remoción frente a tecnologías de tratamiento de agua convencionales (Thuy et al., 2008; Wulfeck-Kleier et al., 2010; Benner et al., 2013; Westerhoff et al., 2015). Con el fin de solucionar la problemática planteada, en la presente investigación se evaluó la oxidación de los compuestos modelos atrazina y naranja de metilo utilizando un proceso de oxidación avanzada. Específicamente se utilizó la fotocatálisis heterogénea con dos catalizadores. El primer catalizador empleado fue un catalizador clásico como es el dióxido de titanio (TiO2). Por otra parte, el segundo catalizador empleado fue el oxiyoduro de bismuto (BiOI), un catalizador novedoso y promisorio por presentar un bajo band gap (Intervalo de bandas). Ambos catalizadores fueron asistidos por una lámpara de xenón con radiación en el UV-VIS y sus resultados fueron comparados en el presente informe. Los experimentos de fotocatálisis fueron realizados en matrices de agua nanopure y natural extraída del Río Biobío, para el caso de la atrazina se preparó una solución con una concentración de 3 mg/L, mientras que, para el naranja de metilo la solución tenía una concentración de 10mg/L. El pH de las reacciones se mantuvo a 7 ± 0,2 y a una temperatura de 18 ± 1 °C. Para evaluar la eficiencia neta del proceso fotocatalítico, además, de las reacciones de fotocatálisis, se llevaron a cabo reacciones de adsorción y fotólisis, utilizando una concentración de catalizador de 0,25 g/L para el caso del TiO2 y 1 g/L para el caso del BiOI. Tanto la reacción de adsorción como la de fotólisis tuvieron un tiempo de duración de 90 minutos, mientras que la reacción de fotocatálisis se dividió en dos, una primera parte de 45 minutos, que consistió en la fotocatálisis oscura, que tiene como finalidad representar el proceso de adsorción del catalizador y una segunda parte de 90 minutos, que corresponde a la reacción de fotocatálisis con la fuente de luz encendida. En relación con el seguimiento de las cinéticas de reacción se emplearon técnicas analíticas como espectrofotometría de absorción molecular UV-VIS para el caso del naranja de metilo y cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) con detector UV-VIS para el caso de la atrazina. Finalmente, los principales resultados fueron: para el caso de la atrazina, su mayor transformación se obtuvo al emplear el TiO2 como fotocatalizador usando agua nanopure, donde se alcanzó una degradación del 85,39%, mientras que, para el naranja de metilo el resultado más óptimo se obtuvo al emplear el BiOI como fotocatalizador usando agua nanopure, donde se alcanzó una remoción del 45,31% en 90 minutos.