Introducción
Los nanomateriales son los
materiales cuyas principales componentes tienen un tamaño entre 1nm y 100nm. El
enfoque de los nanomateriales es una aproximación desde abajo hacia arriba de
los efectos funcionales. Son importantes ya que muestran propiedades muy
diferentes a las que expresan de forma macroscópica. Por ejemplo: El oro a
escala macroscópica es químicamente inerte mientras que a nanoescala actúa como
un buen catalizador. Estos materiales están cobrando importancia debido al
carácter multisectorial que tienen. Se pueden usar en campos tan diferentes
como en textil, electrónica y construcción.
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| Fig 1. Aplicaciones TiO2 |
Uno de los mayores problemas que
afecta al medioambiente es la generación de los gases NOx debido a
los automóviles. Por lo que de sus
mayores campos de aplicación es el uso de estos nanocompuestos en la descontaminación
de estos gases. El uso de materiales
fotocatalíticos es actualmente uno de los más métodos estudiados de la lucha
contra la contaminación del aire. Una gran cantidad de tales materiales
consiste en la mezcla de un semiconductor, tal como dióxido de titanio (TiO2),
En esta comunicación hablaremos de como el nano-TiO2 puede aportar
una solución a la eliminación de estos gases[i].
Fotocatálisis
TiO2
Dentro del nano TiO2 existen varias estructuras
(Rutilo, Anastasa, Brooquita), en la práctica se utiliza el TiO2 de
tipo Anastasa ya que tiene propiedades fotocatalíticas. La fotocatálisis es la
herramienta que se utiliza para la descomposición de los gases contaminantes. Este proceso se basa en la
absorción directa de energía radiante UV por un fotocatalizador, esta energía
la capta el semiconductor que en este caso es el TiO2 y permite el
paso del electrón de la banda de valencia a la banda de conducción produciéndose
el salto de energía prohibida. En la banda valencia deja un hueco que será muy
oxidante y el electrón se deposita en la banda de conducción con carácter
reductor. En resumen se aprovecha la radiación solar
para poder desplazar los electrones de la banda de valencia (donde se dará la
oxidación) a la banda de conducción (donde se dará la reducción).
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| Fig 2. Fotocatálisis TiO2 |
Degradación Gases NOx
Se puede
utilizar este proceso principalmente para oxidar los gases tóxicos como es el
claro ejemplo del NOx, el cual pasa a NO3-,
eliminándose de la atmósfera. [ii]
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| Fig 3. Degradación de gases NOx |
La eficiencia
de esta fotocatálisis está determinada por la radiación ultravioleta ya que la
radiación está entre 310-400 nm por tanto solo se aprovecha de la radiación
solar el 10 %. Para solucionar este inconveniente , el TiO2 se puede
dopar con otros materiales como es la plata o incluso con dos elementos (Pt y
N)[iii]
Este nanomaterial está teniendo mucha importancia por aplicaciones ya que se está utilizando como aditivo a los
materiales de construcción[iv]
para eliminar los efectos contaminantes de los gases NOx en las
ciudades. Por ultimo también se utiliza en materiales ya que hace que el
material tengo efecto auto limpiante ya que degrada a la materia orgánica que
se deposite sobre él, llamado “Efecto Loto”
Conclusión
El dióxido de Titanio (TiO2) empleado como fotocatalizador,
es un producto limpio, fotoestable y sin repercusión negativa sobre el Medio
Ambiente. La fotocatálisis es una tecnología ampliamente estudiada a escala de
laboratorio y piloto y que existen aplicaciones industriales el tratamiento de
aire. Recientemente aparece un gran interés por combinar este catalizador con
diferentes materiales y substratos empleados en la construcción y obra civil,
para aprovechar sus propiedades oxidantes, desinfectantes y de auto-limpieza
[i] Kubacka, A.; Fernández-García, M.; Colón, G., Advanced
nanoarchitectures for solar photocatalytic applications. Chemical Reviews 2012,
112 (3), 1555-1614.
[ii] Devahasdin, S.; Fan, C.; Li, K.; Chen, D. H., TiO2
photocatalytic oxidation of nitric oxide: transient behavior and reaction
kinetics. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 2003, 156
(1), 161-170
[iii] Kim, W.; Tachikawa, T.; Kim, H.; Lakshminarasimhan, N.; Murugan,
P.; Park, H.; Majima, T.; Choi, W., Visible light photocatalytic activities of
nitrogen and platinum-doped TiO2: Synergistic effects of co-dopants. Applied
Catalysis B: Environmental 2014, 147, 642-650.
[iv] Sugrañez, R.; Álvarez, J. I.; Cruz-Yusta, M.; Mármol, I.; Morales,
J.; Vila, J.; Sánchez, L., Enhanced photocatalytic degradation of NOx gases by
regulating the microstructure of mortar cement modified with titanium dioxide. Building
and Environment 2013, 69, 55-63.
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