Fotodegradación del contaminate azul de metileno por películas delgadas de TiO2 sensibilizadas con pigmentos aislados de biomasa cianobacteriana

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.15332/iteckne.v19i2.2836

Palabras clave:

Azul de metileno, Fotocatálisis heterogénea, Sensibilización, Dióxido de titanio

Resumen

Las industrias textiles generan en sus procesos una diversidad de contaminantes, entre los que se encuentran los colorantes, la mayoría recalcitrantes no biodegradables y de difícil tratamiento por los métodos convencionales, por lo que se hace necesario implementar tecnologías alternativas de tratamiento para su degradación. La fotocatálisis heterogénea permite usar semiconductores como el dióxido de titanio (TiO2) para la oxidación de una gran cantidad de contaminantes de difícil tratamiento por los métodos convencionales. Una limitante importante para la utilización de semiconductores de TiO2 es el requisito de la luz UV, sin embargo, esta dificultad puede ser superada al sensibilizar el semiconductor con sustancias de origen sintético o natural para extender su actividad en la región visible. En este trabajo se evaluó el efecto de pigmentos separados (Clorofila a y ficocianina C) obtenidos de biomasa de cianobacterias aisladas de la Ciénaga de Malambo del municipio de Malambo del Departamento del Atlántico-Colombia sobre las propiedades fotocatalíticas del dióxido de titanio. Se sensibilizaron películas de TiO2 con cada uno de los extractos separados y la energía del band gap fue determinada por espectroscopia de reflectancia difusa. Finalmente se realizó el montaje de los ensayos a escala laboratorio para  evaluar la degradación fotocatalítica del colorante azul de metileno. La clorofila a y la ficocianina C fueron identificados como sensibilizadores presentes en el extracto metanólico de la biomasa cianobacteriana. Adicionalmente, las películas de TiO2/Clorofila a presentaron un mayor porcentaje de fotodegradación en comparación de las películas de TiO2/Ficocianina C.  Finalmente, los resultados obtenidos permitieron verificar que los colorantes naturales obtenidos del extracto de la biomasa, pueden ser utilizados para mejorar la respuesta foto catalítica del TiO2 bajo irradiación visible.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Biografía del autor/a

Amado Enrique Arcón Osorio, Universidad del Atlántico

Estudiante, Maestría en Ciencias Ambientales, Grupo de Investigación en Fotoquímica y Fotobiología, Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia.

William Andrés Vallejo Lozada, Universidad del Atlántico

Doctor en Ciencias Químicas. Grupo de Investigación en Fotoquímica y Fotobiología, Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia.

Carlos Enrique Diaz Uribe, Universidad del Atlántico

Doctor en Química. Grupo de Investigación en Fotoquímica y Fotobiología, Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia.

Citas

[1] P.K. Jaseela, J. Garvasis and A. Joseph, “Selective adsorption of methylene blue (MB) dye from aqueous mixture of MB and methyl orange (MO) using mesoporous titania (TiO2) – poly vinyl alcohol (PVA) nanocomposite”, Journal of Molecular Liquids, vol. 286, pp. 110908, 2019, DOI:https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.110908.

[2] A. Michniewicz, “Kinetics of the enzymatic decolorization of textile dyes by laccase from Cerrena unicolor”, Dyes and Pigments, vol. 77, pp. 295–302, 2018, DOI: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2007.05.015

[3] Z. Wang, M. Gao, X. Li, J. Ning, Z. Zhou and G. Li, “Efficient adsorption of methylene blue from aqueous solution by graphene oxide modified persimmon tannins”, Materials science & engineering. C, Materials for biological applications, vol. 108, pp. 110196, 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.110196

[4] H. Xue, A. Thaivalappil and K. Cao, “The Potentials of Methylene Blue as an Anti-Aging Drug.”, Cells, vol. 10(12), pp. 3379., DOI: https://doi.org/10.3390/cells10123379

[5] A. Krishna, B. Govindarajan, S.P. Shukla, K. Kumar and S. Bharti, V. “Acute toxicity of textile dye Methylene blue on growth and metabolism of selected freshwater microalgae”, Environmental toxicology and pharmacology, vol. 82, pp. 103552, 2021, DOI: https://doi.org/10.1016/j.etap.2020.103552

[6] H. Safardoust-Hojaghan and M. Salavati-Niasari, “Degradation of methylene blue as a pollutant with N-doped graphene quantum dot / titanium dioxide nanocomposite”, Journal of Cleaner Production, vol. 148, pp. 31-36, 2017, DOI:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.01.169

[7] Y. Zhang, J. Liu, X. Du and W. Shao, “Preparation of reusable glass hollow fi ber membranes and methylene blue adsorption”, Journal of the European Ceramic Society, vo. 39 (15), pp. 4891-4900, 2019, DOI:https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.06.038

[8] M.H de Matos-Rodrigues, P.A. Rodrigues de Sousa, K. Borges, L. Melo-Coelho,R. de Fatima, M. Daldin, F. Vilella, M. Maribondo and M. Godinho, “Enhanced degradation of the antibiotic sulfamethoxazole by heterogeneous photocatalysis using Ce0,8Gd0,2O2-δ/TiO2 particles”, Journal of Alloys and Compounds, vol. 808, pp. 151711, 2019, DOI:10.1016/j.jallcom.2019.151711.

[9] P. Kokkinos, D. Venieri and D. Mantzavinos, “Advanced Oxidation Processes for Water and Wastewater Viral Disinfection. A Systematic Review”, Food and environmental virology, vol. 13(3), pp. 283–302, 2021, DOI:https://doi.org/10.1007/s12560-021-09481-1

[10] L. Xu, W. Li, X. Ye, E. Zhang, C. Wang and J. Yang, “Reaction mechanism of chloramphenicol with hydroxyl radicals for advanced oxidation processes using DFT calculations”, Journal of molecular modeling, vol. 26(12), pp. 352, 2020. DOI:https://doi.org/10.1007/s00894-020-04616-w

[11] F.E Titchou, H. Zazou, H. Afanga, J. El Gaayda, R. Ait Akbour, P.V. Nidheesh and M. Hamdani, “Removal of organic pollutants from wastewater by advanced oxidation processes and its combination with membrane processes”, Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, vol. 169, pp. 108631, 2021, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cep.2021.108631

[12] E. Araujo-López, L. Alcala, N. Seriani and J.A. Montoya “TiO2 anatase's bulk and (001) surface, structural and electronic properties: A DFT study on the importance of Hubbard and van der Waals contributions”, Surface Science, vol. 653, pp. 187-196, 2016, https://doi.org/10.1016/j.susc.2016.07.003

[13] B. Pava-Gómez, X. Vargas-Ramírez, C. Díaz-Uribe, H. Romero, F. Duran, “Evaluation of copper-doped TiO2 film supported on glass and LDPE with the design of a pilot-scale solar photoreactor”, Solar Energy, vol. 220, pp. 695-705, 2021, DOI:https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.03.071.

[14] N.C. Diamantopoulos, A. Barnasas, C.S. Garoufalis, D.I. Anyfantis, N. Bouropoulos, P. Poulopoulos and S. Baskoutas, S. (2020). “Band Gap Measurements of Nano-Meter Sized Rutile Thin Films”, Nanomaterials, vol. 10(12), pp. 2379, 2020, DOI:https://doi.org/10.3390/nano10122379

[15] J. Diaz-Angulo, A. Arce-Sarria, M. Mueses, A. Hernández-Ramírez, and F. Machuca-Martínez, “Analysis of two dye-sensitized methods for improving the sunlight absorption of TiO2 using CPC photoreactor at pilot scale”, Materials Science in Semiconductor Processing, vol, 103, pp. 104640, 2019, DOI:https://doi.org/10.1016/j.mssp.2019.104640

[16] C. Diaz-Uribe, W. Vallejo, E. Romero, M. Villareala, P. Minela, N. Hazbun, N. A. Muñoz-Acevedo, E. Schott and X. Zarate, “TiO2 thin films sensitization with natural dyes extracted from Bactris guineensis for photocatalytic applications: Experimental and DFT Study”, Journal of Saudi Chemical Society, vol. 24, pp. 407-416, 2020, DOI:https://10.1016/j.jscs.2020.03.004.

[17] K. Patiño-Camelo, C Diaz-Uribe, E. Gallego-Cartagena, W. Vallejo, V. Martinez, C. Quiñones, E. Schott, “Cyanobacterial Biomass Pigments as Natural Sensitizer for TiO2 Thin Films”, Hindawi, vol. 9, pp. 1-10, 2019, DOI:https://doi.org/https://doi.org/10.1155/2019/7184327

[18] B.D. Viezbicke, S. Patel, B.E. Davis and D.P. Birnie, “Evaluation of the Tauc method for optical absorption edge determination: ZnO thin films as a model system”, Physica Status Solidi (B) Basic Research, vol, 252(8), pp. 1700–1710, 2015, DOI:https://doi.org/10.1002/pssb.201552007

[19] E.L. Simmons, “Relation of the diffuse reflectance remission function to the fundamental optical parameters”, Optica Acta, vol. 19(10), pp. 845–851, 1972, DOI:https://doi.org/10.1080/713818505

[20] A.G. Thomas and K.L. Syres, “Adsorption of organic molecules on rutile TiO2 and anatase TiO2 single crystal surfaces”, Chemical Society Reviews, vol. 41(11), pp. 4207–4217., 2012, DOI:https://doi.org/10.1039/c2cs35057b

[21] S. Mahadik, H. Yadav and S. Mahadik, “Surface properties of chlorophyll-a sensitized TiO2 nanorods for dye-sensitized solar cells applications”, Colloid and Interface Science Communications, vol. 46, pp. 100558, 2022, DOI:https://doi.org/10.1016/j.colcom.2021.100558.

[22] A. Kathiravan and R. Renganathan, “Photosensitization of colloidal TiO2 nanoparticles with phycocyanin pigmen”, Journal of Colloid and Interface Science, vol. 335(2), pp. 196–202, 2009, DOI:https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.03.076.

[23] Q. Guo, C. Zhou, Z. Ma, and X. Yang, “Fundamentals of TiO2 Photocatalysis : Concepts, Mechanisms, and Challenges”, Advanced Materials, vol. 1901997, pp. 1–26, 2019, DOI:https://doi.org/10.1002/adma.201901997

[24] P. Semalti and S.N. Sharma, “Dye Sensitized Solar Cells (DSSCs) Electrolytes and Natural Photo-Sensitizers: A Review”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, vol. 20(6), pp. 3647–3658, DOI: https://doi.org/10.1166/jnn.2020.17530

[25] C. Diaz-Uribe, M. Daza, F. Martínez, E. Paez-Mozo, C. Guedes, E. Di Mauro”Visible light superoxide radical anion generation by tetra(4-carboxyphenyl)porphyrin/TiO2: EPR characterization”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, vol. 215, pp. 172-178, 2010, DOI: 10.1016/j.jphotochem.2010.08.013.

[26] A. Kathiravan, M. Chandramohan, R. Renganathan, and S. Sekar, “Cyanobacterial chlorophyll as a sensitizer for colloidal TiO2”, vol. 71, pp. 1783–1787, 2009, DOI: https://doi.org/10.1016/j.saa.2008.06.031

Descargas

Publicado

2022-06-13

Cómo citar

Arcón Osorio, A. E., Vallejo Lozada, W. A., & Diaz Uribe, C. E. (2022). Fotodegradación del contaminate azul de metileno por películas delgadas de TiO2 sensibilizadas con pigmentos aislados de biomasa cianobacteriana. ITECKNE, 19(2), 132–137. https://doi.org/10.15332/iteckne.v19i2.2836

Número

Sección

Artículos de Investigación e Innovación