El coloquio fue impartido por la Dra. Monserrat Bizarro Sordo, quien es Investigadora Titular “B” Definitiva del Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM. Realizó sus estudios de Licenciatura en Física en la Facultad de Ciencias de la UNAM y obtuvo el Doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales, también en la UNAM, graduándose con mención honorífica. En 2011 fue galardonada con la beca para mujeres en la ciencia L’Oreal-Unesco AMC. En 2018 recibió el Reconocimiento Sor Juana Inés de la Cruz y en 2020 recibió el Reconocimiento Universidad Nacional para Jóvenes Académicos en el área de Ciencias Exactas.
Los fotocatalizadores y su relación con el medio ambiente
México es un país con gran riqueza natural en el que disfrutamos de hermosos paisajes, pero también hay paisajes con agua contaminada y desechos que no son agradables. Todos podemos tomar acciones para cuidar el medio ambiente. Desde la ciencia y la ingeniería de materiales se hacen aportaciones valiosas a este tema. Una de ellas es la fotocatálisis heterogénea.
Los fotocatalizadores son materiales que se pueden aplicar para eliminar contaminantes del medio ambiente. Son materiales semiconductores que se caracterizan por tener una brecha de energía prohibida que está en el intervalo de la luz ultravioleta y visible. Esto significa que, al iluminar estos materiales con luz de energía adecuada, pueden activarse para iniciar reacciones químicas de oxidación y reducción que permiten la descomposición de una gran variedad de moléculas orgánicas, llevándolas a su mineralización.
Los fotocatalizadores se pueden utilizar en forma de polvos o bien como películas delgadas. Para algunas aplicaciones como el tratamiento de agua, es más adecuado tener el fotocatalizador en la forma de una película delgada, adherida a un sustrato, que se puede colocar en contacto con el agua contaminada para llevar a cabo su función catalítica y después sustraerse fácilmente cuando termine la reacción. De esta manera se evitan los procesos de separación posteriores al tratamiento, haciéndolo más eficiente y menos costoso. Los fotocatalizadores se pueden aplicar para eliminar colorantes, fármacos, plaguicidas e incluso bacterias que se pudieran encontrar en el agua.
Entonces, de acuerdo con la Dra. Bizarro, la fotocatálisis es un proceso limpio y sustentable, pues únicamente requiere de un semiconductor y luz. Algunos de los fotocatalizadores más usados son el óxido de titanio, el óxido de zinc y el óxido de bismuto.
Como se comentó en la charla, cuando los fotocatalizadores se encuentran en forma de polvos presentan gran superficie de contacto, lo que favorece su interacción con el contaminante que se quiere degradar. Sin embargo, cuando están en forma de películas, se corre el riego de reducir drásticamente sus propiedades catalíticas porque la superficie de contacto disminuye. Una de las alternativas para poder tener mayor área superficial en las películas, es mejorar su nanoestructura y morfología.
Para lograr esto, se ha trabajado mucho con el óxido de zinc. Las técnicas de depósito para las películas delgadas de óxido de zinc que utiliza Monserrat Bizarro son el spray pyrolysis y la técnica del vapor-líquido-sólido. Con la primera técnica se pueden obtener una gran variedad de morfologías como las nano hojuelas, las nano placas, los nano arroces y nanoflores. Con el segundo método las películas que se obtienen son arreglos de nanoalambres de óxido de zinc alineados verticalmente.
Otro de los retos que enfrentan los fotocatalizadores es mejorar el aprovechamiento de la energía solar. Algunas estrategias que se han implementado para mejorar su actividad incluyen la incorporación de impurezas, la modificación superficial con nanopartículas de metales nobles, la formación de heterouniones con otros semiconductores, entre otras.
Aplicación de los fotocatalizadores: desde plaguicidas hasta la COVID-19
La Dra. Bizarro comentó un caso real de estudio: el del plaguicida temefos. En México es un problema de salud pública el control de enfermedades transmitidas por vectores. Se usa el plaguicida temefos para controlar la proliferación de mosquitos, responsables de transmitir dengue, malaria, entre otras. El plaguicida se coloca en cuerpos de agua, tanto estanques, lagos y lagunas, como en piletas y cisternas que se usan para agua de consumo humano. Por lo tanto, además de la contaminación del agua, la gente está expuesta a este compuesto químico de manera directa y constante pudiendo sufrir daño al ADN.
Para resolver este problema propusieron usar la fotocatálisis, con películas con óxido de zinc para degradar el plaguicida.
Por otra parte, ¿sería posible hacerle frente al COVID-19 con fotocatálisis? La respuesta es probablemente que sí, pues hay trabajos que reportan la inactivación de otros virus con óxido de titanio. El fotocatalizador permite que los compuestos orgánicos del virus se mineralicen. Como reflexión final, la Dra. Bizarro señaló que la fotocatálisis tiene mucho potencial para la eliminación de contaminantes, bacterias y virus. Sin embargo, es necesario encontrar materiales más eficientes y rápidos para combatir la contaminación por compuesto químicos o agentes biológicos.