Eliminación de metales pesados cancerígenos de las aguas residuales con fotocatalizadores
Los metales pesados tóxicos que se encuentran en las aguas residuales tienen ramificaciones en la salud y la seguridad de las comunidades afectadas por la contaminación. El cromo hexavalente es un subproducto peligroso de los procesos industriales que causa cáncer y que se sabe que causa defectos de nacimiento, diarrea severa y está relacionado con los cánceres de riñón, vejiga e hígado. Famosamente, fue el centro de la demanda dramatizada en la película «Erin Brockovich».
por Prensa de la Universidad de Tsinghua
Los investigadores están tratando de encontrar formas efectivas de eliminar el cromo hexavalente de las aguas residuales y un artículo publicado recientemente muestra cómo la tecnología fotocatalítica puede ser una solución. La fotocatálisis es cuando la luz y un catalizador se utilizan para acelerar las reacciones químicas.
El artículo fue publicado en Polyoxometalates .
«La rápida industrialización provoca una mayor liberación de aguas residuales que contienen iones de metales pesados. El cromo hexavalente, que tiene una alta carcinogenicidad y teratogenicidad, se encuentra ampliamente en las aguas residuales y puede entrar fácilmente en las cadenas alimentarias», dijo Yuan-Yuan Ma, investigador de la Universidad Normal de Hebei en Shijiazhuang, China. La tecnología de fotocatálisis es una solución atractiva para eliminar metales pesados de las aguas residuales porque es sostenible, rentable y respetuosa con el medio ambiente.
«Este enfoque ecológico para la eliminación de iones de metales pesados utiliza energía de luz sostenible a través de fotocatalizadores cristalinos basados en fosfomolibdato de tipo reloj de arena y desarrolla una estrategia para la regulación del rendimiento fotocatalítico mediante el ajuste de los iones metálicos centrales en grupos de fosfomolibdato de tipo reloj de arena», dijo Ma . Los investigadores eligieron este tipo particular de fotocatalizador debido a sus propiedades moleculares y su estructura tipo reloj de arena bien definida, que le confieren una amplia capacidad de absorción de luz y la estructura de banda necesaria para reducir los niveles de cromo hexavalente.
Los investigadores probaron cuatro fotocatalizadores «híbridos» y los compararon con otros seis fotocatalizadores. Los híbridos tenían composiciones ligeramente diferentes, pero todos tenían la misma estructura tipo reloj de arena que podía mantenerse hasta los 200 grados centígrados. Tenían una amplia absorción de luz visible y estructuras de bandas de energía similares. Los investigadores los etiquetaron como híbridos 1, 2, 3 y 4. Después de 80 minutos de exposición a una luz LED de 10 W, los híbridos 1 y 3 tuvieron una reducción de alrededor del 90 % en cromo hexavalente, mientras que el 2 y el 4 tuvieron alrededor de un 74 % y un 71 %. % de reducción en cromo hexavalente respectivamente.
Los híbridos generalmente se comportaron mejor que cualquiera de los fotocatalizadores probados. Los híbridos 1 y 3, que se comportaron mejor, eran ambos híbridos basados en Mn{P 4 M O6 } 2 . Los híbridos 2 y 4 estaban basados en Co{P 4 M O6 } 2 . Los investigadores sospechan que el mejor rendimiento se debió a las diferencias estructurales que dieron a los híbridos 1 y 3 una brecha de banda más estrecha. «Los fotocatalizadores de semiconductores en los procesos fotocatalíticos pueden absorber fotones combinados con su energía de banda prohibida, lo que lleva a la conversión de cromo hexavalente tóxico en cromo menos tóxico «, dijo Ma.
De cara al futuro, los investigadores se centrarán en mejorar el diseño de los fotocatalizadores, al mismo tiempo que planifican la mejor manera de llevar esta tecnología a un entorno de aguas residuales del mundo real. «Diseñar fotocatalizadores efectivos es el primer paso para resolver la contaminación por metales pesados en el agua», dijo Ma. «Diseñaremos fotocatalizadores más eficientes y aplicaremos los fotocatalizadores desarrollados a las aguas residuales industriales reales. También ampliaremos el rango de tratamiento de las fuentes de agua contaminada y nos esforzaremos por lograr la practicidad de los materiales fotocatalizadores utilizados».
Más información: Xiao-Yu Yin et al, Redes fotoactivas tipo reloj de arena M{P 4Mo 6} 2 para la eliminación eficiente de cromo hexavalente, polioxometalatos (2023). DOI: 10.26599/POM.2023.9140027
Proporcionado por Prensa de la Universidad de Tsinghua