DRA. LAURA HONOJOSA REYES
Universidad Autónoma de Nuevo León
Email: laura.hinojosary@uanl.edu.mx..

Enfoques analíticos para evaluar la degradación de micro y nanoplásticos sobre diferentes fotocatalizadores basados en tio2/mof

1. Introducción
La presencia y acumulación de residuos plásticos en el medio ambiente es una preocupación creciente debido al aumento del consumo global y la resistencia de estos materiales a la degradación. La presencia de microplásticos (MPs < 5 mm) y nanoplásticos (NPs < 1 μm) en cuerpos de agua puede tener efectos adversos potenciales sobre la salud humana. Entre los plásticos más utilizados, los poliésteres y poliamidas derivados de combustibles fósiles son clases importantes de polímeros de condensación. Ambos materiales tienen diversas aplicaciones, como empaques de alimentos, piezas automotrices, películas flexibles y tejidos sintéticos. El politereftalato de etileno (PET) y el nylon-6 son polímeros comunes que se encuentran en ambientes acuáticos y en los afluentes y efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales. La fotocatálisis heterogénea se ha descrito como una tecnología de tratamiento práctica para la eliminación de MPs y NPs del agua debido a su alta eficiencia, bajo costo y facilidad de operación.

El acoplamiento de TiO2 con otros materiales, como estructuras metal-orgánicas (MOF, por sus siglas en inglés), es una estrategia para aumentar el área superficial, reducir la banda prohibida de TiO2, incrementar la absorción en la región visible, disminuir la tasa de recombinación de pares electrón-hueco fotogenerados y mejorar el rendimiento fotocatalítico del TiO2. Uno de los desafíos en la degradación de MPs y NPs es la disponibilidad de métodos analíticos confiables para analizar estos sólidos en los productos de la reacción y relacionarlos con el grado de oxidación del plástico. Este trabajo evaluó la degradación fotocatalítica de nanoplásticos de PET y microplásticos de nylon-6 en solución acuosa utilizando los materiales TiO2@MIL-100(Fe) y TiO2@HKUST-1.

2. Experimenta
Se prepararon TiO2@MIL-100(Fe) y TiO2@HKUST-1 mediante el método solvotermal. Luego, se comparó la eficiencia fotocatalítica de estos materiales con la del TiO2 puro, sintetizado sin la adición de MIL-100(Fe) y HKUST-1 bajo las mismas condiciones experimentales. La degradación de nanoplásticos de PET y microplásticos de nylon-6 se monitoreó utilizando una variedad de técnicas analíticas avanzadas, incluyendo microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), análisis de carbono orgánico total (TOC), medición termogravimétrica (TGA), espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), cromatografía de permeación en gel (GPC) y cromatografía de gases con detección por espectrometría de masas (GC-MS).

3. Resultados y discusión
Los materiales TiO2@MIL-100(Fe) y TiO2@HKUST-1, con mayor absorción de luz visible, mayor área superficial y menor tasa de recombinación electrón-hueco en comparación con TiO2, mostraron un rendimiento mejorado en la degradación de nanoplásticos de PET y microplásticos de nylon-6 bajo luz solar simulada, según lo demostrado por los análisis de FTIR y XPS, y las mediciones de SEM y TOC. Además, el peso molecular promedio de los polímeros disminuyó tras el tratamiento fotocatalítico, y los polímeros tratados mostraron una estabilidad térmica reducida, lo cual podría atribuirse a la ruptura de la cadena principal durante el proceso fotocatalítico utilizando los fotocatalizadores TiO2@MIL-100(Fe) y TiO2@HKUST-1. Esto se corroboró con la detección de subproductos de bajo peso molecular en el efluente mediante GC-MS.

4. Conclusiones
Este enfoque analítico integral permitió una correlación precisa entre la eficiencia de degradación y la oxidación de microplásticos y nanoplásticos a través del proceso fotocatalítico. Los resultados sugieren firmemente que el proceso fotocatalítico utilizando TiO2@MIL-100(Fe) y TiO2@HKUST-1 es una estrategia potencial para degradar nanoplásticos de PET y microplásticos de nylon-6 en efluentes de aguas residuales, ofreciendo una solución práctica al problema de los residuos plásticos.

5. Referencias [1] C. A. Rojas-Guerrero, M. Villanueva-Rodríguez, J. L. Guzmán-Mar, A. Hernández-Ramírez, E. I. Cedillo-González, F. L. Rodríguez, L. Hinojosa-Reyes, (J Environ Chem Eng, 11(5), 2023). 110415.