Estudios cinéticos y mecanísticos de los procesos de adsorción y fotocatálisis en redes orgánicas covalentes para el tratamiento de los colorantes azul de metileno y rojo congo

Abstract

La presente tesis investiga los procesos cinéticos y mecanísticos de adsorción y fotocatálisis en redes orgánicas covalentes (COFs), con el objetivo de remediar los colorantes azul de metileno (AM) y rojo congo (RC) en efluentes industriales. Estos compuestos son tóxicos y altamente resistentes a la biodegradación, por lo que su eliminación es clave para la protección de los recursos hídricos.

En primer lugar, se seleccionó y caracterizó el COF TpBpy (formado por 1,3,5 - triformilfloroglucinol (Tp) y 2,2′ - bipiridina - 5,5′ - diamina (Bpy)) debido a su estructura porosa y propiedades ópticas, analizando su capacidad de adsorción y eficiencia fotocatalítica bajo condiciones experimentales controladas. Mediante técnicas avanzadas (FTIR, DRX, TGA, UV-Vis, BET, imágenes SEM con EDS y potencial zeta), se confirmó la estructura y capacidad fotocatalítica del material.

En segundo lugar, se realizaron estudios de adsorción, determinando que las concentraciones iniciales óptimas para los experimentos fueron 5×10−5 M para el AM y 7,5×10−5 M para el RC. Ambos colorantes siguen predominantemente una cinética de pseudo-segundo orden, lo que sugiere interacciones químicas con el material. Además, se observó que el proceso de adsorción es reversible, permitiendo la reutilización del COF. En particular, la adsorción del RC alcanzó el 80%, en comparación con el 60% del AM, lo que se atribuye a interacciones π-π, electrostáticas y puentes de hidrógeno.

En tercer lugar, los experimentos de fotocatálisis, mostraron una mayor eficiencia en la degradación del AM (41%) respecto al RC (15,6%), debido a la menor cantidad de AM adsorbido inicialmente, lo que permite una mayor disponibilidad en solución para su degradación. Al aumentar la concentración de RC a 10x10-5 M, la degradación alcanzó el 51%, confirmando la eficacia del COF. Las cinéticas indican un modelo de primer orden para AM y de cuarto orden para RC, lo que sugiere un proceso más complejo para este último. Además, tras tres ciclos de fotocatálisis, el COF mantiene su eficiencia, lo que resalta su estabilidad en aplicaciones sucesivas.

En conclusión, este estudio destaca la importancia de los COFs como materiales prometedores para la remediación sostenible de efluentes industriales, ofreciendo una alternativa eficaz y ecológica para la eliminación de contaminantes en medios acuosos.