Remoción de Aluminio en Agua Potable
La contaminación del agua es una problemática ambiental y de salud pública persistente, agravada por la presencia de nuevos agentes contaminantes y la baja eficacia en la eliminación de los contaminantes tradicionales. Entre los tóxicos más comunes se encuentran los metales, metaloides, sustancias orgánicas persistentes (pesticidas, plásticos, hidrocarburos), orgánicas emergentes (fármacos, químicos industriales), nutrientes y detergentes, entre otros. En particular, los metales no pueden ser degradados a través de los procesos bioquímicos del cuerpo humano; por el contrario, estos iones interfieren en las proteínas y su actividad enzimática, causando afectaciones en sistemas clave como el neurológico, hemático o renal.
Un caso relevante es el aluminio, el cual interviene en las vías de fosforilación de proteínas, pudiendo contribuir al desarrollo de neuropatologías como el Alzheimer. Cabe destacar que sales a base de aluminio se emplean como coagulantes químicos en los procesos de tratamiento de agua potable para eliminar partículas suspendidas. Sin embargo, el aluminio puede permanecer en el sistema de distribución como consecuencia del coagulante residual, encontrándose en el agua potable en forma de cationes libres (Al3+) complejos hidratados o sustratos de óxidos metálicos adheridos a materia orgánica, dependiendo del pH del sistema de distribución.
Ante esta problemática, en nuestro grupo investigamos la aplicabilidad de polímeros conductores, como el polindol, para la remoción de aluminio en agua potable. Esto se debe a las propiedades microestructurales y electroquímicas de este tipo de material, que incluyen una alta área superficial porosa que favorece la difusión de iones al interior del polímero, así como sus propiedades redox, las cuales facilitan la inserción electroquímica del aluminio como dopante del material.
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| Figura 5 (a) Registro electroquímico de la síntesis de un recubrimiento de polyindol (izquierda). (b) Representacion 3D del recubrimiento por AFM (Atomic Force Microscope) (derecha). Tomado de: tesis de maestría de Manuela Paez (Uniandes 2024). | ||
Degradación de Contaminantes
La fotoelectrocatálisis (PEC) es un proceso de oxidación avanzada conocido por su eficacia en la degradación de contaminantes complejos, como antibióticos. En este proceso, la superficie de un semiconductor es irradiada, provocando una transición electrónica desde la banda de valencia hacia la banda de conducción del material. Esto genera huecos en la banda de valencia que se separan de los electrones y se acumulan en la superficie del semiconductor. Estos huecos son capaces de oxidar moléculas de agua, generando radicales en solución que pueden descomponer contaminantes complejos en productos finales como dióxido de carbono y agua. Por lo tanto, la elección de un semiconductor con una estructura de banda adecuada es fundamental para la eficacia de la PEC en la degradación de contaminantes.
El CeO₂ es un catalizador económico con destacadas propiedades electrónicas y ópticas que ha sido ampliamente estudiado para la degradación fotoelectroquímica de compuestos tóxicos. Una característica distintiva del CeO₂ es la presencia de vacantes de oxígeno, derivadas de la mezcla de los estados de oxidación Ce³⁺ y Ce⁴⁺ en su estructura cristalina. Estas vacantes mejoran las propiedades catalíticas y electrónicas del óxido, lo que lo hace altamente efectivo en la degradación de moléculas de interés. En nuestro grupo de investigación, hemos explorado la funcionalidad de capas de CeO₂ en la degradación mediada por luz y potencial eléctrico de moléculas orgánicas contaminantes en medio acuoso. Entre los contaminantes estudiados se encuentran el ciprofloxacino, un antibiótico considerado contaminante emergente, y el azul de metileno, un colorante orgánico estándar.
Esta línea de investigación combina de manera integral el estudio de la síntesis y propiedades del material, la química en solución acuosa del contaminante en función del pH y las metodologías analíticas empleadas para su cuantificación. En estos casos, se utilizaron técnicas como la absorción atómica y la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) para la cuantificación.
