Síntesis, caracterización y evaluación catalítica de fotocatalizadores obtenidos por inmovilización del ácido tungstofosfórico en zeolitas Y

Abstract

En las últimas décadas la degradación de sustancias tóxicas en aguas residuales se ha convertido en un importante reto, ya que, debido al incremento de su producción y a su carácter biorecalcitrante, hace que los microorganismos comúnmente utilizados en los sistemas biológicos para su depuración no puedan degradarlos. Uno de los tipos de contaminantes más extendidos son los colorantes de tipo azódicos presentes en aguas residuales de la industria textil, los cuales pueden en muchos casos unirse a cuerpos acuosos subterráneos o superficiales. Los colorantes empleados en la industria textil, tienen gran persistencia en el ambiente, y los métodos de eliminación clásicos no son enteramente útiles debido a que oxidaciones o reducciones parciales pueden generar productos secundarios altamente tóxicos. Una gran proporción de los colorantes no son directamente tóxicos para los organismos vivos; sin embargo, la fuerte coloración que imparten a los medios de descarga puede llegar a suprimir los procesos fotobiosintéticos en los cursos de agua, por lo que su presencia debe ser controlada. Ante esta problemática, la fotocatálisis heterogénea surge como una tecnología promisoria para la remoción de sustancias biorecalcitrantes. Los heteropoliácidos con estructura de Keggin poseen propiedades que son de gran utilidad y valor para la catálisis heterogénea. Muchos de éstos poseen características fotocatalíticas similares a los fotocatalizadores semiconductores; ésto es, pueden ser fotoexitados, tomar electrones del sustrato a degradar, reoxidarse por un aceptor electrónico y volver al estado inicial, para poder ser fotoexitado nuevamente. El ácido tungstofosfórico (TPA) es un heteropolicompuesto que posee acidez Brönsted superior a la de los ácidos sólidos convencionales, es un conocido catalizador ácido y de oxidación, en el cual las propiedades redox y ácido-base pueden adecuarse con el agregado o modificación de los heteroátomos, y es el más utilizado. La principal desventaja que presentan los heteropoliácidos es su baja estabilidad térmica, lo que resulta en una mayor degradación de la estructura principal acompañada de un deterioro de la selectividad y disminución de la actividad catalítica; presentan además elevada solubilidad en agua y solventes orgánicos oxigenados, lo que dificulta su posterior recuperación y reutilización; otra desventaja es su baja superficie específica de área. Para solucionar estas desventajas, disminuir la solubilidad en agua y solventes orgánicos oxigenados, aumentar la superficie específica y permitir la reutilización de estos catalizadores, muchos investigadores los depositan sobre sólidos tales como: SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, MCM-41 o zeolitas, entre otros, logrando además un incremento en la estabilidad térmica del material soportado. Las zeolitas ofrecen gran área superficial, estructura porosa única, gran estabilidad térmica, mecánica y química, y han sido poco utilizadas para este fin. Por lo anteriormente mencionado, se ha encarado un estudio sistemático del efecto de la impregnación de TPA sobre la matriz zeolítica NH₄Y; y la evaluación catalítica de material resultante, en la fotodegradación del colorante azódico naranja de metilo (MO).