Nanocompuesto potenciado con zeolita destruye el 94% de la contaminación por tintes textiles bajo luz visible

Los colorantes textiles industriales, en particular el azul de metileno (MB), son contaminantes ambientales persistentes, tóxicos para la salud humana y los ecosistemas acuáticos. Los métodos convencionales de tratamiento del agua tienen dificultades con su limitada biodegradabilidad, lo que impulsa el interés en los procesos de oxidación avanzada impulsados por fotocatalizadores. Este estudio de investigadores etíopes explora un novedoso nanocompuesto multicomponente diseñado para degradar estos colorantes de forma eficiente bajo luz visible, una ventaja crítica, ya que los sistemas que solo utilizan luz UV requieren mucha energía y son poco prácticos a gran escala.

El equipo sintetizó varios fotocatalizadores mediante métodos de precipitación e impregnación: nanopartículas puras de ZnO y CeO₂, MWCNTs/ZnO binario, ZnO/CeO₂ binario, MWCNTs/ZnO/CeO₂ ternario (etiquetados T1, T2, T3 según el contenido de MWCNT) y un compuesto ternario final soportado en zeolita-Y (TZ). Los MWCNTs se purificaron primero con ácido usando H₂SO₄/HNO₃ para introducir grupos funcionales superficiales que mejoran la unión con los óxidos metálicos. Todos los materiales se caracterizaron mediante XRD (confirmando las fases cristalinas de ZnO hexagonal wurtzita y CeO₂ fluorita cúbica), espectroscopía UV-Vis (para medir la banda prohibida y la absorción de luz) y espectroscopía de fotoluminiscencia (para evaluar la recombinación de portadores de carga). También se utilizó SEM para el análisis morfológico.

Las pruebas fotocatalíticas emplearon 140 mg de cada catalizador en 100 mL de solución de MB de 10 ppm, irradiada por una lámpara fluorescente de luz visible de 85 W a 480 nm. Un período de equilibración en oscuridad de 60 minutos precedió a la iluminación. Las muestras se recogieron cada 20 minutos, se centrifugaron y se analizaron a 665 nm. El nanocompuesto TZ con zeolita logró una degradación del MB del 93,71% bajo luz visible, frente al 83,21% del mejor compuesto ternario (T3) sin zeolita. Al ensayarse con aguas residuales textiles reales de la industria textil de Bahir Dar, en Etiopía, TZ degradó el 76,75% de los contaminantes, al tiempo que alcanzó aproximadamente el 94,12% de degradación en una prueba separada solo con MB. Las pruebas de reciclabilidad realizadas a lo largo de cuatro ciclos consecutivos mostraron una reducción del 20,8% en la eficiencia, lo que confirma una estabilidad razonable, aunque no completa.

Las mejoras en el rendimiento tienen una explicación mecanística lógica. El CeO₂ actúa como sensibilizador de luz visible gracias a su ciclo redox Ce³⁺/Ce⁴⁺ y a su banda prohibida de 2,7–3,4 eV, inyectando electrones en la banda de conducción del ZnO y suprimiendo la recombinación electrón-hueco. Los MWCNTs proporcionan una gran superficie, actúan como conductos de electrones mediante interacciones π–π y estabilizan la separación de cargas. La zeolita-Y añade un entramado de alta superficie específica e intercambio iónico que concentra el MB catiónico cerca de los sitios fotocatalíticos, aumentando el tiempo de contacto y la eficiencia de degradación. Esta sinergia entre los mecanismos de adsorción y fotocatálisis constituye una innovación clave.

Entre las limitaciones cabe señalar la escala de laboratorio de las pruebas, el uso de un sistema modelo de colorante sintético y la ausencia de estudios mecanísticos detallados, como experimentos de captura de radicales para confirmar las vías de las especies reactivas de oxígeno. La degradación de aguas residuales reales (76,75%) fue notablemente inferior a los resultados obtenidos con MB puro, lo que refleja la compleja matriz de los efluentes industriales. La durabilidad a largo plazo más allá de cuatro ciclos y la escalabilidad a sistemas piloto o industriales están aún por demostrar.