El tratamiento de los efluentes puede ser un objetivo complejo en algunos casos en los que los procesos convencionales son ineficaces, como ocurre cuando se requiere eliminar el color debido a la toxicidad de las estructuras polifenólicas. En estas circunstancias, cuando hay presentes productos orgánicos recalcitrantes, de origen industrial, los procesos de oxidación avanzada, o fotooxidación, se presentan como una solución sencilla y eficaz para tratar estos efluentes complejos. De entre estos procesos, los que presentan mejores perspectivas son los consistentes en la fotooxidación, ya sea en cualquier de sus dos variantes: fotólisis y fotocatálisis.

Los procesos de oxidaci√≥n avanzada, en general tienen como objetivo la formaci√≥n de radicales hidroxilo (OH‚ÄĘ), los cuales son muy reactivos debido a su elevado potencial de oxidaci√≥n. Estos radicales en presencia de materia org√°nica desencadenan una serie de reacciones qu√≠micas que acaban dando como resultado la mineralizaci√≥n completa de los compuestos org√°nicos, CO2 y agua.

Estos procesos son muy atractivos por la serie de ventajas que presentan, como la gran reactividad con la mayor√≠a de compuestos org√°nicos, la oxidaci√≥n completa de tanto compuestos org√°nicos como inorg√°nicos y la √ļnica emisi√≥n de compuestos inocuos, puesto que todos los oxidantes se acaban destruyendo en el proceso.

La fotólisis se basa en la irradiación del efluente con luz ultravioleta (230-170 nm) de forma que los compuestos químicos la absorben y como consecuencia se producen radicales libres. Como más baja sea la longitud de onda de la radiación, mayor energía se absorbe y mayor es la eficiencia en la destrucción de los contaminantes.

La radiación origina reacciones de oxidación mediante la formación de radicales libres. Para que estas reacciones se produzcan es necesaria la presencia de especies oxidantes, las cuales permiten la formación de estos radicales. Entre los agentes oxidantes más efecticos se encuentran el ozono y el peróxido de hidrógeno. La combinación de radiación ultravioleta y ozono o peróxido de hidrógeno es muy efectiva al constituir una gran fuente de radicales libres y consigue la oxidación no selectiva de la mayoría de las moléculas orgánicas. Asimismo, son reactivos sostenibles ambientalmente puesto que se descomponen en oxígeno y agua.

Por otro lado, del mismo modo se puede utilizar la oxidaci√≥n fotocataliŐĀtica, la cual tambi√©n se fundamenta en la destrucci√≥n de los contaminantes mediante el empleo de radiaci√≥n ultravioleta. La principal variaci√≥n viene dada por la utilizaci√≥n de catalizadores con el prop√≥sito de incrementar la formaci√≥n de radicales hidroxilo, los cuales posteriormente oxidar√°n los contaminantes qu√≠micos. Los catalizadores pueden ser sales de hierro, generalmente cloruros, fluoruros y bromuros, o bien, en el caso de la fotocat√°lisis heterog√©nea, √≥xidos semiconductores: TiO2, Al2O3, ZnO, etc.

En el caso de la utilizaci√≥n del di√≥xido de titanio, aparte del importante efecto oxidante del radical OH‚ÄĘ, se produce otro mecanismo de generaci√≥n de radicales libres, el cual es clave para explicar su elevada eficacia. El TiO2 en medio acuoso y en presencia de radiaci√≥n ultravioleta es capaz de excitarse, de forma que los electrones de la banda de valencia migran a la banda de conducci√≥n, dejando su correspondiente hueco en la banda de valencia. As√≠, se generan los denominados pares hueco-electroŐĀn (h+- e-). La energ√≠a necesaria para excitar el TiO2 es de 3,2V y en consecuencia s√≥lo es capaz de absorber luz ultravioleta (ÔĀ¨ < 385 nm). Los pares hueco-electroŐĀn pueden recombinarse (y as√≠ anularse) o bien desplazarse a la superficie de catalizador. Para que no se recombinen los pares h+- e- es importante que exista un oxidante que act√ļe como aceptor de electrones. Generalmente este papel lo desempe√Īa el ox√≠geno, produci√©ndose el ion super√≥xido (O2-‚ÄĘ). Por otro lado, en los huecos se adsorben mol√©culas de agua, produci√©ndose radicales hidroxilo. Tambi√©n se puede producir la oxidaci√≥n de una mol√©cula org√°nica (MO) adsorbida en los huecos mediante transferencia de electrones, tal y como se puede observar en la figura.

As√≠ pues, el empleo del TiO2 es de las opciones m√°s efectivas y ventajosas para la mineralizaci√≥n de la mayor√≠a de las sustancias org√°nicas mediante oxidaci√≥n fotocataliŐĀtica.

La destrucción de contaminantes mediante fotooxidación plantea una serie de ventajas que están al alcance de muy pocas tecnologías:

  • Realmente destruye contaminantes t√≥xicos convirti√©ndolos en sustancias inocuas (agua, CO2 y sales minerales).
  • El proceso no es selectivo y puede descomponer pr√°cticamente cualquier mol√©cula org√°nica, incluidas muestras complejas.
  • No son necesarios procesos complementarios de pre o post-tratamiento.
  • El consumo energ√©tico es muy bajo, puesto que el proceso transcurre a temperaturas moderadas (30-80 ¬ļC) y la fuente de radiaci√≥n puede ser solar.
  • Los productos qu√≠micos utilizados son de relativo bajo coste y elevada disponibilidad.

Teniendo en cuenta estas ventajas, la fotooxidación es una técnica de tratamiento de efluentes y aguas de proceso de gran importancia para diferentes sectores como la industria química, alimentaria, farmacéutica, textil y galvánica entre otras, al ser capaz de eliminar especies como cianuro, aguas con Zn y Ni, antibióticos, hormonas, organoclorados, polifosfatados orgánicos, hetero-ciclo-alifáticos, nitrógeno orgánico y compuestos aromáticos y hetero-aromáticos entre otros.

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