SÍNTESIS, CARACTERIZACIÓN Y USO DE FOTOCATALIZADORES DE ZnO y MnO A PARTIR DE RESIDUOS DE PILAS

Abstract

El agua desempeña un papel fundamental en la vida de todos los seres vivos y es un bien que el hombre no puede permitirse el lujo de desperdiciar ni malgastar. Teniendo en cuenta esto, es necesario diseñar nuevas formas de reutilización y descontaminación de aguas residuales. Este proyecto se centra en la eliminación de contaminantes emergentes presentes en el agua, en concreto, un fármaco llamado Paracetamol Qualigen 1g. La técnica utilizada en este trabajo para eliminar dicho contaminante es la fotocatálisis. Este proceso fotoquímico está adquiriendo gran importancia desde el punto de vista económico y tecnológico debido a su capacidad para la eliminación de todo tipo de contaminantes, en este caso va a emplearse un fotocatalizador en polvo que va a activarse mediante una fuente de energía que es la luz ultravioleta. El fotocatalizador está formado por diversos óxidos entre los cuales destacan el óxido de zinc (ZnO) y el óxido de manganeso (MnO). Se ha elaborado a partir de residuos de pilas usadas, de esta manera se da un segundo uso a dichas pilas y además se contribuye de manera sostenible al medio ambiente. El fotocatalizador ZnO está alcanzando cada vez mayor interés y protagonismo en el ámbito de la fotocatálisis aunque todavía el TiO2 sigue siendo el más empleado. Este proyecto está estructurado en 3 partes fundamentales: preparación del fotocatalizador, caracterización y determinación de su actividad fotocatalítica. En relación a la preparación, se han realizado diferentes procesos para la elaboración del fotocatalizador como son la molienda, lavado, secado, lixiviación ácida, filtración y dos precipitaciones químicas. Tras la finalización de estos procesos se han obtenido 4 muestras distintas de fotocatalizador, las cuáles presentan un color marrón oscuro y se encuentran en forma de polvo. A continuación, se lleva a cabo la caracterización de cada una de estas muestras utilizando tres técnicas fisicoquímicas: la Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Fluorescencia de Rayos X (FRX) y Difracción de Rayos X (DRX). Estas técnicas están destinadas principalmente a conocer la estructura interna y superficial del fotocatalizador analizado y con ellas se puede afirmar que el fotocatalizador está formado principalmente por óxido de zinc y por óxido de manganeso. Debido a los resultados obtenidos en la fluorescencia de rayos X (FRX), se decide que solo las muestras 1 y 4 cumplen las condiciones óptimas para que se analice su actividad fotocatalítica, pero en este trabajo solo se va a evaluar la muestra 1 desde el Trabajo Fin de Grado 8 punto de vista fotocatalítico, ya que, la muestra 4 se utilizará en el proyecto de otro compañero como ya se mencionará más adelante. Una vez que ya se ha estudiado la composición de las muestras, se procede a determinar su actividad fotocatalitica, es decir, evaluar la capacidad de eliminación que tiene el fotocatalizador sobre el contaminante (paracetamol) que se encuentra en el interior del agua residual. Para dicha evaluación va a utilizarse la cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC). Con esta técnica se consigue calcular la concentración de paracetamol residual que queda en el agua y de esta manera conocer el porcentaje de degradación. Se van a realizar 2 ensayos en blanco como son la fotólisis y la adsorción, en los cuáles se va a comprobar si el paracetamol se degrada únicamente por la acción de la luz ultravioleta (fotólisis) y por otro lado, si el paracetamol queda retenido en el propio fotocatalizador (adsorción). Finalmente se llevan a cabo 4 ensayos fotocatalíticos empleando distintas cantidades de fotocatalizador y dos tipos de luz ultravioleta (A o B) para determinar la cantidad máxima de paracetamol degradado gracias a la acción del fotocatalizador. En el tercer ensayo, dónde se utilizan 100 mg de fotocatalizador y luz ultravioleta de tipo A se ha obtenido el mayor porcentaje de degradación, un 20,78%. Tras la realización de estos ensayos, se puede afirmar que el fotocatalizador de ZnO y MnO es adecuado para la descontaminación de un agua residual a pesar de que no se haya conseguido un porcentaje de degradación lo suficientemente elevado.