Evaluación de fotocatalizadores de TiO₂ modificados con Pd para la degradación de contaminantes emergentes

Abstract

La innovación en tecnologías orientadas a la eliminación de contaminantes emergentes es de suma importancia debido a que la presencia de estos compuestos en cuerpos de aguas residuales y superficiales representa un desafío ambiental. La fotocatálisis heterogénea usando TiO2 se presenta como una tecnología con potencialidad en esta área y desafíos por resolver. En este trabajo se propone modificar el TiO2 con paladio para explorar la degradación de fármacos en solución acuosa. Se sintetizaron materiales de TiO2 con 0,1 at. % nominal Pd por sol-gel variando condiciones de síntesis (solvente, T envejecimiento, atmósfera de calcinación). Los materiales se caracterizaron por XRD, TEM, ATR-IR, DRS y XPS para determinar sus principales propiedades fisicoquímicas. Los materiales de TiO2 modificados con Pd alcanzaron mayores porcentajes de degradación de fenol en comparación con TiO2, tanto bajo irradiación UV-A como visible, usando un reactor Rayonet. El fotocatalizador más activo se evaluó para la degradación de cinco contaminantes emergentes en solución acuosa. Se logró degradar diclofenaco (95%), ibuprofeno (77%), cafeína (60%), atenolol (57%) y carbamazepina (22%), luego de 4 h bajo irradiación con luz visible.

Advances in technologies for the removal of emerging contaminants are essential, as these pollutants are progressively more detected in wastewater and natural water bodies, which presents complex environmental challenges. Among available treatment strategies using TiO₂-based heterogeneous photocatalysis offers considerable potential, although there are still challenges to overcome. In this study, TiO₂ was modified with palladium to explore the degradation of pharmaceuticals in aqueous solution. TiO₂ materials with a nominal Pd content of 0.1 at.% were synthesized by a sol-gel method, varying synthesis conditions (solvent, aging temperature, and calcination atmosphere). The materials were characterized by XRD, TEM, ATR-IR, DRS, and XPS to determine their main physicochemical properties. Pd-modified TiO₂ materials achieved higher degradation percentages of phenol compared to pure TiO₂ under both UV-A and visible irradiation using a Rayonet reactor. The most active photocatalyst was further evaluated for the degradation of five emerging contaminants in aqueous solution. Degradation efficiencies of 95% for diclofenac, 77% for ibuprofen, 60% for caffeine, 57% for atenolol, and 22% for carbamazepine were obtained after 4 hours of visible light irradiation.