Preparación de cerámicas nanoestructuradas bidimensionales para la degradación fotocatalítica de tintes contaminantes

Abstract

Hoy en día, el tratamiento y eliminación de contaminantes en el agua supone un trabajo de alto interés, en función de la progresiva disminución del agua potable disponible a causa de factores domésticos e industriales. En particular, la emisión de tintes utilizados en las industrias textil, cosmética, alimenticia, entre otras, compone uno de los contaminantes más presentes en el agua, para lo cual se han estudiado durante los últimos años tratamientos que permitan su remoción sin consecuencias negativas para el medio ambiente ni la salud humana. Entre estos métodos destaca la fotocatálisis, debido a que permite una alta degradación de contaminantes en condiciones de temperatura y presión ambiente, usando luz solar o ultravioleta como fuente de irradiación; en consecuencia, se posiciona como una tecnología con alta eficiencia y bajo costo. Para esto, un desafío es la búsqueda de materiales que frente a la exposición a luz permitan una remoción eficaz y segura de diversos tintes presentes en el agua. Los MXenes son nanomateriales bidimensionales compuestos por carburos y nitruros de metales de transición, enlazados a grupos funcionales orgánicos. Debido a su estructura laminar que le aporta una alta área superficial, conductividad eléctrica, estabilidad térmica y estructural, se posiciona como un material prometedor el desarrollo de partículas en el área de fotocatálisis. En este estudio se fabricaron MXenes como materiales bidimensionales de Ti3C2Tx a partir de precursores en fase MAX compuestos por carburos y nitruros metálicos, usando la técnica de grabado químico. Tras la obtención de estos materiales, se desarrolló un proceso de oxidación solvotermal utilizando isopropanol ((CH3)2CHOH) con el fin de obtener dióxido de titanio (TiO2) sobre las estructuras bidimensionales, para evaluar sus capacidades en la degradación del tinte naranja de metilo bajo la exposición a luz ultravioleta. El análisis de microscopía de barrido electrónico (SEM) mostró la formación de compuestos laminares conformados por titanio, carbono y oxígeno; mientras que la Espectroscopía Raman y Difracción de Rayos X indicaron la formación de TiO2 en forma anatasa. Tras la realización de pruebas, se observó una remoción favorable para las muestras de Ti3C2Tx sin oxidar, no obstante, se encuentra casi totalmente determinada por la adsorción física; en contraste, la muestra con TiO2 evidencia mayor degradación, donde la conformación de anatasa resulta fundamental en el aumento de la actividad fotocatalítica. Las muestras de MXene con TiO2 y pocas láminas presentaron un rendimiento cercano al 99%, lo cual demuestra la alta efectividad que presentan las láminas de TiO2/Ti3C2Tx para la remoción de tintes contaminantes.