Decoloración y degradación de azul de metileno presente en agua

Abstract

El azul de metileno es un colorante que tiene un amplio uso en la industria, como tintes para el cabello, forma parte de colorantes para papel, algodones, lanas y pieles de animales. De este colorante, se ha determinado que en materia sanitaria la exposición a elevadas concentraciones causa aumento del ritmo cardiaco, vómitos, mareos, la cianosis y la necrosis de tejido expuesto, además la mayor parte de los colorantes son mutágenos y/o cancerígenos lo que convierte a este tipo de compuestos en un problema de salud pública, en este sentido, este trabajo presenta una alternativa para la degradación usando como molécula modelo al cloruro de metiltionina comúnmente conocida como Azul de metileno, el estudio de esta molécula puede extenderse en buena medida a compuestos que contienen grupos azo como fertilizantes y plaguicidas entre otros [1], ya que es este grupo el que genera el mayor grado de toxicidad. La coloración que presentan las aguas residuales es un indicador de la contaminación de la misma a causa de azocompuestos tales como las tintas (Azul de metileno, Rojo Congo, Naranja de metileno, etc), la coloración es notoria incluso con una concentración de 0,5 ppm en el medio acuoso, por lo que la descarga de estas aguas residuales en el ecosistema es una fuente dramática de contaminación y perturbación de la vida acuática impidiendo el paso de luz para que se realicen los procesos microbiológicos necesarios para el equilibrio del ecosistema [2]. Como una medida de protección al medio ambiente se ha promulgado la resolución 0631 de 2015, que tiene por objetivo regular la concentración de contaminantes en vertimientos [3]. Con el fin de tratar los diferentes efluentes que se han visto afectados por la coloración de sus aguas, se han hecho uso de varios procesos de tipo fisicoquímicos, por ejemplo, la floculación, oxidación química, fotoquímica, ozonización, filtración, intercambio iónico, irradiación y adsorción por carbón activado, entre muchos otros ejemplos [4]. A pesar de que se han obtenido resultados considerablemente satisfactorios en la medida en que se ha logrado disminuir los factores de contaminación en aguas contaminadas, estos procesos se han visto limitados por su costo exorbitante y la eliminación incompleta del contaminante a tratar, que conlleva en muchos casos a la generación de lodos [5]. Otro tipo de proceso que se ha evaluado es el biológico, y aunque ha ofrecido una buena remoción, no se ha investigado lo suficiente al punto que no se ha establecido la completa remoción del colorante [6]. Lo expuesto anteriormente hace evidente la necesidad del tratamiento de aguas contaminadas antes de la disposición al entorno. En este sentido, los métodos convencionales para la eliminación del color que no implican la degradación de la molécula, son la oxidación biológica y la precipitación química En las dos últimas décadas se han propuesto procesos de reducción y oxidación mediados por fotocatalizadores como el TiO2, óxido de Zinc (ZnO), oxido férrico (Fe2O3) y oxido de aluminio (Al2O3) [8]. Estos procesos son eficientes en la medida en que se compruebe que la reducción u oxidación no conduce a la creación de productos intermedios con mayor grado de toxicidad que la generada por el mismo colorante. Por esta razón es importante hacer un seguimiento a los productos de reacción mediante análisis por espectrometría infrarroja (IR). Dentro de las investigaciones enmarcadas en propuesta de materiales fotocatalíticos para ser usados en el tratamiento de aguas residuales están sistemas CdS/TiO2 o TiO2 impregnado con tierras raras o metales preciosos como Pt, Au o Rh. En estos casos, el material podría recombinarse o reaccionar con otras especies adsorbidas sobre el semiconductor [9]. Cuando reacciona con una molécula de agua en presencia de un oxidante, como el oxígeno disuelto, se forma un radical oxhidrilo OH que será capaz de oxidar algunas moléculas orgánicas presentes en el azul de metileno. El problema que se puede generar con este tipo de proceso es el costo tanto del material como de los reactores, puesto que estos necesitan radiación UV para la activación del fotocatalizador. Además, como las propiedades del mismo son limitadas por factores tales como intensidad luminosa. La radiación solar es una alternativa interesante como activador del fotocatalizador al ser este un recurso continuo que en este planeta se manifiesta con mayor intensidad y durante largos periodos en el año en las regiones geográficas cercanas al ecuador. Esto permitiría llevar un proceso de decoloración antes de que lleguen a los efluentes. Por otra parte, la radiación solar por ser altamente energética permite disminuir el tiempo de reacción de la decoloración del AM a diferencia de la luz ultravioleta. Este trabajo pretende establecer metodología de fotocatálisis con luz visible, usando compuestos tipo perovskita de composición: Sr1-xDyxZrTiO3, en donde x representa la concentración de disprosio en la estructura y que en este estudio toma valores de 3,6, 9 y 12% [25]. Este trabajo abordará un problema actual, toda vez que se experimentará con un nuevo catalizador basado en titanio, nanoestructurado y no laminar como el dióxido de titanio, razón que podría potenciar la actividad fotocatalítica frente a la reacción de decoloración de contaminantes en aguas. Los materiales han sido sintetizados por la Dra Delgado N, utilizando el método citrato, considerado como un método amigable con el medioambiente.