DEGRADACIÓN FOTOCATALÍTICA
DE AZUL DE METILENO UTILIZANDO TiO2
IMPREGNADO EN PAREDES DE BOTELLAS
DE VIDRIO Y DE POLIETILENO
PHOTOCATALYTIC DEGRADATION OF METHYLENE BLUE
WHIT TiO2COVERED ON GLASS AND POLYTHYLENE-BOTTLES
Patricio Espinoza-Montero1*, Lenin Paspuel-Pupiales2,
Lenys Fernández1& Wilber Guamán1
Recibido: 25 de agosto 2021 / Aceptado: 11 de enero 2022
DOI 10.26807/ia.v10i1.219
Palabras clave: azul de metileno, dióxido de titanio, fotocatálisis,
fotorreactores, tratamiento de agua.
Keywords: methylene-blue, photocatalysis, photoreactors,
titanium dioxide, water treatment.
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DEGRADACIÓN FOTOCATALÍTICA DE AZUL DE METILENO
IMPREGNADO EN PAREDES DE BOTELLAS DE VIDRIO Y DE POLIETILENO
Espinoza-Montero et. al., 171–191
1Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Escuela de Ciencias Químicas, Quito, Ecuador, (* co-
rrespondencia: pespinoza646@puce. edu. ec, lmfernandez@puce.edu.ec, wilberelias@ yahoo.com)
2Escuela Politécnica Nacional, Escuela de Formación de Tecnólogos (ESFOT), Quito, Ecuador (lenin-
patrick@hotmail.com)
RESUMEN
En este trabajo se evaluó la degradación del colorante azul de metileno (AM)
utilizando TiO2suportado en botellas de vidrio y tereftalato de polietileno
(PET) recicladas, como fotorreactores irradiados con luz solar, con y sin adi-
ción de peróxido de hidrogeno (H2O2). La degradación del AM (30 mg L-1) se
siguió mediante espectroscopía UV-Vis, y su mineralización mediante de-
manda química de oxígeno (DQO) y carbono orgánico total (COT). Los re-
sultados alcanzados muestran que sin adición de H2O2y luego de 4 h se
degradó un 98,0 % en las botellas de vidrio, mientras que, en las botellas de
PET se requieren al menos 7 horas para degradar un 87,0 % del AM. Por el
contrario, la adición de H2O2(30 % v/v) favoreció el proceso de fotodegra-
dación del colorante, alcanzando el 99,4 % y 99,1 % de degradación de AM
en botellas de vidrio y PET, respectivamente, luego de 4 horas de exposición
a la radiación solar. En ambos procesos, la cinética de degradación se adapta
a un modelo cinético de pseudo primer orden. Con respecto a la mineraliza-
ción, se alcanzó >50,0 % de remoción de COT en los fotorreactores de vidrio
con y sin adición de H2O2, y una máxima remoción de DQO del 86,2 % con
la adición de H2O2en los fotorreactores de vidrio. Por lo tanto, la degradación
fotocatalítica de AM es más efectiva con la adición de H2O2, sin embargo,
debido a la formación de productos intermediarios altamente estables, no se
alcanzó la mineralización completa en el tiempo de estudio.
ABSTRACT
In this work, the degradation of the methylene-blue dye (MB) was evaluated
using TiO2supported in common glass and polyethylene (PET) recycled bottles
as photoreactors irradiated with solar light; also, the influence of hydrogen
peroxide (H2O2) was studied. The degradation of MB (30 mg L-1) was followed
by UV-Vis Spectroscopy, and its mineralization by chemical oxygen demand
(COD) and total organic carbon (TOC). The results obtained show that 98.0%
of MB was removed in glass bottles after four hours of sunlight exposure wit-
hout H2O2, while, in the PET bottles, at least 7 hours are required to remove
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InfoANALÍTICA 10(1)
Enero 2022
87.0 % of MB. On the contrary, the addition of H2O2(30 % v/v) favored the
photodegradation process of MB reaching a degradation efficiency of 99.4%
and 99.1% after 4 hours of solar radiation exposure, in glass bottles and PET
bottles, respectively. In both processes, the kinetic of MB degradation is adap-
ted to a pseudo-first-order kinetic model. In regard to MB mineralization,
>50.0 % of TOC removal was reached in glass photoreactors with and in the
absence of H2O2, and a maximum degradation of COD (86.2 %) was reached
with the presence of H2O2in glass photoreactors. Therefore, the photocatalytic
degradation of MB is more efficient with the addition of H2O2, however, due
to the formation of highly stable intermediaries’products the complete mine-
ralization of MB was not achieved.
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DEGRADACIÓN FOTOCATALÍTICA DE AZUL DE METILENO
IMPREGNADO EN PAREDES DE BOTELLAS DE VIDRIO Y DE POLIETILENO
Espinoza et. al., 171–191
INTRODUCCIÓN
Grandes cantidades de colorantes se
utilizan diariamente en diferentes in-
dustrias, por ej.: textil, cosmética,
papelera, cuero, farmacéutica y nu-
trición. Existen más de 1×106colo-
rantes disponibles en el mercado, de
los cuales el 15 % son usados en el
proceso de teñido de ropa (Rauf &
Ashraf, 2009; Sadik, 2007).
El cloruro de tetrametiltionina
(C16H18N3SCl, Número CAS: 7220-
79-3) más conocido como azul de
metileno (AM), se utiliza en la indus-
tria textil para la tinción de lana de
oveja, fibras de algodón y seda.
Según la Environmental Protection
Agency (EPA), el AM puede afectar a
la salud de animales y personas, pro-
vocando afecciones oculares, que-
maduras, dificultad para respirar,
náuseas, vómito y confusión mental
(Puentes Camacho, 2011). Además, a
nivel ecosistémico la elevada con-
centración de este colorante impide
la penetración de luz en cuerpos hí-
dricos, lo cual afecta a procesos foto-
sintéticos en fuentes naturales (Zhang
et al., 2002). La estructura molecular
del AM se presenta en la Figura 1.
Figura 1. Estructura molecular
de colorante azul de metileno
La indiscriminada descarga de colo-
rantes a efluentes naturales sin un
tratamiento previo ha llevado al de-
sarrollo de tecnologías de trata-
miento que permitan remediar estas
aguas. Los procesos biológicos no
son una buena alternativa de trata-
miento por su baja efectividad, al
igual que los procesos físicoquími-
cos como la coagulación y adsor-
ción, mismos que simplemente
transfieren los contaminantes desde
las aguas contaminadas a otro
medio en forma de lodos, causando
una contaminación secundaria (Zhu
et al., 2000).
Como alternativa de solución a esta
problemática, algunos países han
modificado su legislación con leyes
más estrictas en el campo de la re-
gularización ambiental, sin em-
bargo, tales decisiones no resuelven
directamente los problemas de con-
taminación hídrica (Peña-Guzman et
al., 2019). Por tal motivo, surge la
necesidad de diseñar y desarrollar
tecnologías rentables y eficientes
que puedan eliminar una amplia
gama de productos químicos tóxi-
cos.
En la actualidad, los Procesos de
Oxidación Avanzada (POAs) han
sido propuestos como métodos alter-
nativos para el tratamiento de aguas
residuales industriales y domésticas
debido a su efectividad en la degra-
dación de contaminantes orgánicos
recalcitrantes, en comparación con
métodos de tratamientos convencio-
nales, como los procesos biológicos
(Pawar & Lee, 2015).
Los POAs se basan en la formación
de especies químicas altamente reac-
tivas capaces de degradar moléculas
recalcitrantes hasta formar compues-
tos biodegradables o hasta su total
mineralización (CO2, H2O y sales
inorgánicas) (Malato et al., 2009).
Entre estos procesos, la fotocatálisis
heterogénea emplea materiales semi-
conductores como el TiO2, el cual es
un fotocatalizador barato, comercial,
no tóxico, foto-químicamente estable
y capaz de degradar fácilmente la
materia orgánica presente en el agua
(Pekakis et al., 2006). El TiO2se ac-
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InfoANALÍTICA 10(1)
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tiva con fotones de luz que posean
una energía mayor a la energía de la
banda prohibida de este semicon-
ductor (λ< 390 nm). A estos valores
de energía, los electrones (e–) de la
banda de valencia (BV) del semicon-
ductor se promueven hacia la banda
conducción (BC), dejando una va-
cante de electrones o “agujero” en
la BV (hBV), formando así un par
electrón/hueco (eBC/hBV) (Ec. 1).
(1)
Si la separación de las cargas se
mantiene, el eBC y el hBV pueden mi-
grar a la superficie del TiO2donde
son capaces de reaccionar con las
especies adsorbidas sobre el TiO2.
Generalmente, el hBV de la BV puede
reaccionar con el H2O o con OH–
del medio para producir el radical
hidroxilo (•OH), mientras que el eBC
de la BC puede reaccionar con el
oxígeno disuelto en el agua para ge-
nerar el radical superóxido (•O2−)
(Nakata et al., 2012; Singh et al.,
2008), Figura 2.
Los radicales •OH y •O2−son oxidan-
tes fuertes que atacan fácilmente a
cualquier molécula orgánica adsor-
bida o cerca de la superficie del
TiO2, provocando así la degradación
de la materia orgánica por oxidación
avanzada. Este proceso depende de
la eficiencia del fotocatalizador,
tiempo de exposición a la radiación
solar, concentración del colorante y
tipo de fotoreactor (Gonçalves et al.,
2005).
Figura 2. Esquema del proceso
de fotocatálisis
Entre las variables experimentales de
la fotocatálisis están la concentra-
ción inicial del colorante, intensidad
de luz y tiempo de irradiación, pH y
la concentración de oxígeno, tempe-
ratura, y la presencia de otros oxi-
dantes como el H2O2(Gaya &
Abdullah, 2008; Primo & García,
2013).
Adicionalmente, el material usado
en los fotorreactores es esencial para
permitir el paso de la radiación UV
hacia la película de TiO2en el inte-
rior del fotoreactor.
El uso de la luz solar para desconta-
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TiO
2
Banda de
Valencia
Banda de
Conducción
Banda
prohibida
Fotón
λ≤ 390 nm
O
2·
O
2
Reducción
H
2
O
·OH
Oxidación
C
x
H
y
CO
2
+ H
2
O
e
-
e
-
h
+
h
+
+
+
–
TiO2+h
u
→eBC + hBV
+
–
–
–
+
+
minar el agua, especialmente en los
países en desarrollo, ha sido repor-
tado en la literatura, incluso antes de
los años 2000 (McGuigan, et al.,
1999; McGuigan, et al., 1998;
Somer B. et al., 1997). Entre los ma-
teriales más utilizados están el vidrio
y el plástico (PET), sin embargo, la
cantidad de hierro, sílice y aluminio
que se encuentra en la composición
del vidrio, absorben parte de la ra-
diación UV que llega al fotoreactor.
Mientras que estudios realizados en
PET muestran que este tipo de mate-
rial contiene menos aditivos en su
composición, lo cual facilita que la
radiación UV alcance el fotocatali-
zador en el fotoreactor (Gálvez et
al., 2001).
El presente trabajo muestra un estu-
dio de la degradación de AM, utili-
zando TiO2impregnado en paredes
de botellas de vidrio y botellas de te-
reftalato de polietileno (PET) reci-
clada como fotorreactores, los cuales
fueron expuestos a la radiación solar
natural como fuente de energía de
activación; adicionalmente, se estu-
dió la influencia del H2O2en la efi-
ciencia de degradación de AM. En
resumen, este estudio muestra la fac-
tibilidad de darle una segunda vida a
las botellas de vidrio y plástico PET,
los cuales son materiales que se pro-
ducen diariamente en grandes canti-
dades, y pueden ser reciclados y
aplicados para remediación ambien-
tal en pequeñas industrias textiles.
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InfoANALÍTICA 10(1)
Enero 2022
MATERIALES Y MÉTODOS
Reactivos
Los reactivos utilizados fueron: dió-
xido de titanio (TiO2, Degussa P25)
(área superficial BET de 49 m2g−1,
21 nm, 80% anatasa y 20 % rutilo),
azul de metileno (C16H18N3SCl) (Fis-
her Scientific, Colorante Biológico
Certificado), pellets de hidróxido de
sodio para análisis (NaOH) (Merck,
99 %), peróxido de hidrógeno
(H2O2) para análisis (Scharlau, 30 %
p/p), ácido perclórico (HClO4) (Fis-
her Scientific, 69‒72 %). Como foto-
rreactor se utilizaron botellas PET de
gaseosa (1,35 L) y botellas de vidrio
de Gatorade (473 mL) debido a que
presentaron mayor transmitancia UV
(Transmitancia > 90 % de luz a 250
nm). Para las medidas espectrofoto-
métricas se empleó un espectrofotó-
metro portátil-DR 2800 con base al
procedimiento descrito por (Meichtry
et al., 2005).
Preparación de fotorreactores
Para impregnar el TiO2en las pare-
des de las botellas se siguió el pro-
cedimiento descrito por Meichtry et
al., 2005. Previamente las botellas
de vidrio y PET se dejaron en remojo
durante 48 h en 3,2 mM HClO4(pH
2,5) y en 0,1 mM NaOH (pH 10),
respectivamente.
Posteriormente se enjuagaron con
abundante agua destilada y se deja-
ron secar a temperatura ambiente
por 2 días, colocándolas de forma
invertida. Se utilizó una disolución
de TiO2al 2,0 % p/v, y se ajustó a un
pH = 2,5 con HClO4; la solución se
colocó en ultrasonido por 30 min
para dispersar las nanopartículas de
TiO2. Se colocó un volumen de 15
mL dentro de cada botella, y se
adaptaron las botellas de vidrio y
PET a un homogeneizador mecánico
a 170 y 180 rpm, respectivamente,
para formar una película homogé-
nea sobre las paredes de las botellas
(Figuras 3A y 3B); posteriormente,
las botellas PET y vidrio se secaron
a temperatura ambiente durante 10
min. El proceso descrito se repitió
dos veces considerando que en el
estudio reportado por Meichtry et
al., 2005, se consiguió una película
de TiO2fina, semitransparente y ho-
mogénea. Finalmente, las botellas
PET se secaron a 130 °C por 24 h y
las botellas de vidrio a 250 °C por 2
horas (Meichtry et al., 2005).
Figura 3. A) Homogeneizador
mecánico y B) Formación de la
película de TiO2
Degradación Fotocatalítica de AM
Para los ensayos de degradación, se
utilizaron disoluciones de 30 mg L-1
AM, preparadas a partir de una solu-
ción principal de 100 mg L-1. El vo-
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DEGRADACIÓN FOTOCATALÍTICA DE AZUL DE METILENO
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lumen de trabajo fue de 400 y 800
mL, lo cual representa a 12 y 24 mg
de AM en los fotorreactores de vidrio
y PET, respectivamente. Sin em-
bargo, el volumen y la masa de AM
es proporcional al área de contacto
de los fotorreactores; es decir, el área
de trabajo del fotorreactor de PET es
dos veces el área del fotorreactor de
vidrio, de igual forma el volumen y
la masa de AM.
Cabe mencionar que se utilizaron
estas botellas del volumen indicado
debido a que en este trabajo se
busca estudiar la aplicabilidad de
dos tipos de residuos que son gene-
rados a diario, en este caso, las bo-
tellas de vidrio y PET.
Para los ensayos de degradación, los
fotorreactores se colocaron dentro
de un concentrador solar artesanal
elaborado con papel aluminio para
reflectar los rayos UV, Figura 4, y se
saturaron con aire utilizando un ai-
reador.
El sistema se expuso a radiación
solar natural durante 7 h, mante-
niendo burbujeo continuo de aire.
Los experimentos fueron realizados
en la ciudad de Quito, en la azotea
del Centro de Investigaciones y Con-
trol Ambiental-CICAM de la Escuela
Politécnica Nacional, desde mayo
hasta junio del 2017.
Figura 4. Concentrador de irradiación
solar empleado en los ensayos de
degradación
La influencia del H2O2en la degra-
dación se estudió en el mismo sis-
tema descrito anteriormente con la
adición de 1 mL de H2O2al 30 % en
las botellas de vidrio y 2 mL en las
botellas PET; el volumen de H2O2es
proporcional al volumen de trabajo
y a la masa de AM en cada reactor.
Estos experimentos se realizaron en
temporada de verano desde el mes
de julio hasta agosto del 2017.
La degradación del AM se estudió
mediante espectrofotometría UV-Vis
a 664 nm tomando alícuotas cada
60 min durante 7 h en un espectro-
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InfoANALÍTICA 10(1)
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fotómetro portátil-DR 2800. La mi-
neralización fue monitoreada por
carbono orgánico total (COT) por el
método de combustión y detección
infrarroja no dispersiva usando un
equipo analizador de TOC SHI-
MADZU TOC-5050, siguiendo los
Métodos Estándar-5310B, y se moni-
toreó la demanda química de oxí-
geno (DQO) según el método
USEPA HACH8000 (HACH, 2000).
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RESULTADOS
Degradación y Mineralización de
AM por fotocatálisis heterogénea
(TiO2+ UV)
La Figura 5 muestra la variación de
la concentración de AM (30 mg L-1)
en función del tiempo de exposición
a la radiación solar. De acuerdo con
esta figura, tanto en las botellas de
vidrio y PET, la degradación fue pro-
gresiva hasta los 240 min, a partir de
ese tiempo no hubo un incremento
notable de la degradación hasta el
tiempo final de tratamiento. En esta
figura se muestra también que en las
botellas de vidrio se degradó el 99,0
% del AM al final de los 420 min de
exposición, mientras que en las bo-
tellas de PET se logró el 86,8 %.
Estos resultados demuestran que el
fotorreactor de vidrio es más efi-
ciente para la remoción de AM. Ge-
neralmente, el vidrio absorbe mayor
cantidad de luz, no obstante, en este
trabajo se alcanzó mayor eficiencia
en el reactor de vidrio, lo cual se
atribuye a que la composición de las
botellas pudo favorecer la transmi-
tancia de luz en comparación con el
PET. Sin embargo, la composición
de las botellas y la influencia del
área de contacto del fotocatalizador
con la solución de tratamiento se es-
tudiará en futuros trabajos.
Por otra parte, de acuerdo con los
datos de la Secretaría del Ambiente
en Quito, la mayor intensidad de ra-
diación UV (I/UV) emitida para ese
día corresponde con las cuatro horas
de exposición durante las cuales
ocurrió la mayor degradación de AM
en los dos tipos de fotorreactores uti-
lizados en este trabajo.
Figura 5. Remoción de AM con TiO2
impregnado en fotorreactores
de vidrio y PET: cinética pseudo
primer orden (inserto)
Con respecto a la cinética de degra-
dación, los datos experimentales de
las primeras cuatro horas de trata-
miento se adaptan a un modelo ci-
nético de pseudo primer orden,
Tabla 1. En esta tabla se muestran los
parámetros estadísticos de la regre-
sión lineal. De acuerdo con la cons-
tante cinética, se evidencia que el
proceso de degradación en los foto-
rreactores de vidrio ocurre 2,5 veces
más rápido que en los fotorreactores
de PET, lo cual está relacionado con
la eficiencia de degradación alcan-
zada en el tiempo de tratamiento.
Tabla 1. Constante cinética
y porcentaje de remoción
Remoción kAM ×10-3 R2 SCE
(%) (min-1)
Vidrio 99,0 16,8 0,97 0,03
PET 86,8 6,7 0,98 0,16
SCE: Suma residual de cuadrados
En la Figura 6 se evidencia la deco-
loración durante el tiempo de expo-
sición a la radiación solar. Luego de
7 h la degradación del colorante es
notable a simple vista, Figura 6A, se
observa una total decoloración,
mientras que en la Figura 6B aún se
evidencia la presencia de color en la
muestra.
Figura 6. Decoloración de la disolución
de AM, luego de 7 h de irradiación
solar: A) vidrio, B) PET
Por otra parte, las Figuras 7A y 7B
muestran la mineralización del colo-
rante mediante DQO y COT. En los
180
InfoANALÍTICA 10(1)
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dos tipos de botellas se logró una dis-
minución de la DQO a partir de la
cuarta hora de exposición a la radia-
ción solar, lo cual indica que a partir
de ese tiempo el sistema estudiado es
capaz de oxidar la materia orgánica
e inorgánica presente en la muestra.
En las botellas de vidrio se alcanzó
una remoción de DQO del 43,9%,
mientras que en las botellas de PET
se alcanzó un 47,4 %. Por otra parte,
en la Figura 7B se muestra la varia-
ción de la concentración de COT, al
tiempo final de exposición (7 h) se al-
canzaron valores de COT aceptables
con una remoción del 54,94 % y
48,9 % en los fotorreactores de vi-
drio y PET, respectivamente, lo cual
indica la mineralización del AM. Es
decir, la transformación del com-
puesto a CO2, H2O y otras moléculas
orgánicas e inorgánicas como inter-
mediarios. De acuerdo con la Figura
6A, se evidencia que, a pesar de que
la muestra se ha decolorado, este
compuesto no se ha degradado por
completo. Es decir, se han formado
subproductos o intermediarios en el
proceso, los cuales tienden a ser mo-
léculas más pequeñas y estables, por
lo que para alcanzar la total minera-
lización se requiere de más tiempo
de tratamiento que permita promover
la generación de una mayor cantidad
de especies oxidantes que atacan a
la molécula en análisis, así como
también a los subproductos de la de-
gradación. En futuros trabajos se es-
tudiará el tiempo final requerido para
mineralizar por completo la molé-
cula de AM.
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Figura 7. A) Remoción de la DQO B) y
COT en los fotorreactores de vidrio y
PET: AMo= 30 mg L-1
Degradación y Mineralización de
AM por fotocatálisis heterogénea
(TiO2+ UV) con adición de H2O2
La Figura 8 muestra el avance de la
remoción de AM en el tiempo
cuando se añade H2O2en el medio
de reacción. A la cuarta hora de ex-
posición a la radiación solar, en las
botellas de vidrio se alcanza una re-
moción del colorante de 99,4 %, y en
las botellas PET de 99,1 %, siendo
esta eficiencia de remoción constante
hasta el tiempo final de tratamiento.
A pesar de que en los fotorreactores
de vidrio se evidencia un ligero incre-
mento en el porcentaje de remoción
en las primeras horas de tratamiento,
al término del mismo se alcanzan efi-
ciencias similares. Lo cual indica que
en los dos tipos de fotorreactores, se
requieren al menos 4 h de trata-
miento para alcanzar la decoloración
de la muestra.
Con respecto a la cinética de degra-
dación, los datos experimentales de
las primeras cuatro horas de trata-
miento se adaptan a un modelo ci-
nético de pseudo primer orden,
Tabla 2. En esta tabla se muestran los
parámetros estadísticos de la regre-
sión lineal. De acuerdo con la cons-
tante cinética, se evidencia que el
proceso de degradación en los foto-
rreactores de vidrio ocurre 1,2 veces
más rápido que en los fotorreactores
de PET, lo cual está relacionado con
la eficiencia de degradación alcan-
zada en el tiempo de tratamiento y
los volúmenes de trabajo utilizados
en la experimentación. Adicional-
mente, se evidencia que la adición
de H2O2en la solución de trabajo
incrementa considerablemente la
velocidad de la reacción. Por lo que,
al comparar las constantes cinéticas
de degradación con y sin adición de
H2O2, se demuestra que la degrada-
ción con H2O2es 1,3 veces mayor
en los fotorreactores de vidrio, mien-
tras que en los fotorreactores de PET,
la constante cinética es 2,8 veces
mayor.
Figura 8. Remoción de AM con TiO2
impregnado en fotorreactores
de vidrio y PET. inserto cinética
pseudo primer orden
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Tabla 2. Constante cinética
y porcentaje de remoción con H2O2
Remoción kAM ×10-3 R2 SCE
(%) (min-1)
Vidrio 99,5 22,1 0,96 0,67
PET 99,4 18,8 0,92 1,16
SCE: Suma residual de cuadrados
Adicionalmente, de acuerdo con los
datos de la Secretaría del Ambiente
en Quito, la mayor intensidad de ra-
diación UV (I/UV) emitida durante el
día de estudio coincide con las tres
horas de exposición donde se pro-
dujo la mayor degradación del colo-
rante en los dos tipos de fotorreac-
tores.
La Figura 9 muestra el proceso de
decoloración del AM con la adición
de H2O2.
Se evidencia que el proceso degra-
dación del AM es más rápida
cuando se adiciona H2O2, logrando
una total decoloración luego de 3 h
y 4 h de exposición a luz solar en las
botellas de vidrio y de PET, respecti-
vamente.
Con respecto a la mineralización del
compuesto, las Figuras 10A y 10B
muestran la mineralización del com-
puesto mediante análisis de DQO y
COT. Los resultados muestran que
en presencia de H2O2con 7 h de ex-
posición a la radiación solar se logró
mayor oxidación en la materia orgá-
nica e inorgánica presente en la
muestra, obteniendo un 86,2 % y
70,5 % de remoción de DQO en las
botellas de vidrio y PET, respectiva-
mente.
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DEGRADACIÓN FOTOCATALÍTICA DE AZUL DE METILENO
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Figura 9. Decoloración de la disolución
de AM, luego de 7 h de irradiación
solar: A) vidrio, B) PET
Figura 10. A) Variación de la DQO B)
y COT en los fotorreactores de vidrio
y PET con adición
de H2O2: AMo= 30 mg L-1
En la Figura 10B se muestra la varia-
ción de la concentración de COT, en
ambos reactores disminuye de forma
progresiva lo cual indica la minera-
lización del AM con el tiempo de
exposición a la radiación y la pre-
sencia de H2O2. La mineralización
del compuesto, es decir la transfor-
mación a CO2, H2O y otras molécu-
las, al tiempo final de tratamiento
(7 h) se alcanza valores de 51,4 % y
47,6 % de remoción de COT en los
fotorreactores de vidrio y plástico,
respectivamente. Los valores alcan-
zados son similares a la eficiencia de
remoción en los ensayos sin adición
de H2O2. Lo cual indica que, si bien
la adición de H2O2ayuda a la deco-
loración del agua tratada, no se con-
sigue mineralizar totalmente a los
intermediarios formados durante el
tratamiento. Los resultados alcanza-
dos de COT y DQO contrastan con
los resultados presentados en la Fi-
gura 9, debido a que se presenta un
agua completamente decolorada
al fi nal del tratamiento, sin embargo,
la degradación del AM conlleva a la
formación de compuestos interme-
diarios que no son apreciables en la
longitud de onda de análisis. Los
compuestos intermediarios formados
son moléculas estables a la acción de
especies oxidantes. De esta manera,
para futuros trabajos es recomenda-
ble estudiar tiempos prolongados de
exposición, con lo que se esperaría
alcanzar la completa degradación y
mineralización del contaminante.
184
InfoANALÍTICA 10(1)
Enero 2022
Degradación y Mineralización de
AM por fotocatálisis heterogénea
(TiO2+ UV)
La descomposición completa de la
materia orgánica en CO2y H2O a
través de reacciones fotocatalíticas
es de gran importancia en el trata-
miento del agua, debido a que es la
evidencia inequívoca de la destruc-
ción total de compuestos orgánicos.
Los resultados obtenidos en el pro-
ceso de degradación (Figuras 5 y 6)
sugieren que, como primer paso, los
radicales oxidantes producidos por
el proceso fotocatalítico atacan a los
grupos cromóforos de la molécula
responsables de la absorción de luz,
razón por la cual las muestras de
agua se decoloran con el paso del
tiempo de exposición a la luz solar.
Sin embargo, la diferencia de por-
centaje de remoción alcanzada
entre la decoloración y mineraliza-
ción (Figura 7) por COT y DQO evi-
dencia la formación de compuestos
intermediarios orgánicos formados
durante la degradación fotocatalítica
y que aún permanecen al tiempo
final de tratamiento. Estos compues-
tos intermediarios se forman en
mayor cantidad que el compuesto
inicial, además, son compuestos
más estables.
En un proceso fotocatalítico con
TiO2, mientras la luz incidente sea
mayor al band gap del fotocataliza-
dor, se van a generar especies oxi-
dantes que ataquen a las moléculas
orgánicas presentes en la solución
hasta alcanzar la completa minerali-
zación, es decir, es un proceso con-
tinuo de generación de especies
oxidantes. Por lo que, el tipo de luz
incidente y el tiempo de reacción
son dos parámetros experimentales
importantes en fotocatálisis. Por tal
razón, en trabajos futuros, se estu-
diará el tiempo requerido para al-
canzar la mineralizacion completa
del compuesto.
Por otra parte, los resultados alcan-
zados en este trabajo muestran que
la actividad fotocatalítica del TiO2
impregnado en las paredes de los fo-
torreactores se ve influenciada por el
tipo de material utilizado. A pesar,
que en los fotorreactores de PET se
trabajó con el doble de volumen del
vidrio, se alcanzaron eficiencias si-
milares de degradación y minerali-
zación. Lo cual muestra que el PET
185
DEGRADACIÓN FOTOCATALÍTICA DE AZUL DE METILENO
IMPREGNADO EN PAREDES DE BOTELLAS DE VIDRIO Y DE POLIETILENO
Espinoza et. al., 171–191
DISCUSIÓN
permite tratar mayores volúmenes de
agua contaminada con buenas efi-
ciencias de remoción, por lo que se
debe considerar su uso en trabajos
futuros de aplicabilidad en condicio-
nes de aguas reales. Cabe mencio-
nar, que los resultados presentados
en este trabajo son netamente expe-
rimentales en condiciones de labo-
ratorio, empleando los materiales
tanto de PET y vidrio más utilizados
y comúnmente desechados.
Los resultados de este trabajo se jus-
tifican con lo mencionado por (Gál-
vez et al., 2001), donde resalta que el
PET, debido a su composición, es el
material más idóneo para facilitar el
paso de la radiación UV hacia la pe-
lícula de TiO2en el interior de las bo-
tellas. Al contrario del vidrio que
debido a la cantidad de hierro, sílice
y aluminio que se encuentra en su
composición, absorben parte de la
radiación UV que llega al fotoreactor
y afecta a su eficiencia. Sin embargo,
en este trabajo, los mejores resultados
se alcanzaron con las botellas de vi-
drio como fotorreactores, probable-
mente debido a que la película de
TiO2tiene mayor adhesión que en el
plástico, y principalmente porque el
volumen de trabajo fue dos veces
mayor en los fotorreactores de PET.
Adicionalmente, otro de los procesos
que ocurren en la fotocatálisis es la
adsorción de las moléculas de colo-
rante en la superficie del fotocatali-
zador, lo cual provoca una
disminución inmediata de la concen-
tración del colorante al inicio del ex-
perimento. Posteriormente algunas
de estas moléculas son liberadas de
la superficie por el calentamiento de-
bido a la radiación, y pasan a formar
parte del medio, en este punto re-
sulta muy importante recalcar que la
adsorción del colorante en el TiO2es
fundamental para la degradación de
las moléculas que serán degradadas
en el proceso fotocatalítico (Figura
7B). Adicionalmente, la disminución
drástica del COT aproximadamente
a partir de la sexta hora de reacción
sugiere que corresponde a la ruptura
de los anillos aromáticos, que son
compuestos altamente estables.
Luego de aquello la mineralización
se facilitaría.
Degradación y Mineralización de
AM por fotocatálisis heterogénea
(TiO2+ UV) con adición de H2O2
En un proceso fotocatalítico, la adi-
ción de H2O2conjuntamente con la
irradiación de luz ultravioleta o visi-
ble se aplica con el objetivo princi-
186
InfoANALÍTICA 10(1)
Enero 2022
pal de mejorar la producción de
•OH a partir de la fotólisis de H2O2.
Los resultados que se muestran en
las Figuras 8 y 9 evidencian la efec-
tividad del H2O2en la decoloración
de las muestras analizadas, puestos
que reduce el tiempo de tratamiento
requerido para decolorar el agua, en
comparación con el proceso ante-
rior. Sin embargo, al comparar el
comportamiento del COT en la Fi-
gura 7B y Figura 10B, sugiere que la
adición de H2O2parece no ser muy
efectivo en la mineralización del
AM, aunque su efectividad para de-
colorar las soluciones en los reacto-
res fue mayor a cuando no está
presente en solución; tal resultado
podría estar asociado a que los dife-
rentes productos de degradación for-
mados en presencia y ausencia de
H2O2parecieran ser químicamente
similares.
Además, al comparar la decolora-
ción (Figura 8) con la mineralización
(Figura 10), es posible sugerir que los
productos de degradación del colo-
rante aún están presentes en la solu-
ción, por lo cual, para su elimina-
ción total, el período de exposición
a la radiación solar debería ser supe-
rior a las 7 h. Por otra parte, la poca
eficacia en la eliminación del conte-
nido de COT podría estar ligada a
que los intermediarios generados en
presencia del agente oxidante com-
piten con las moléculas de AM pre-
sentes inicialmente en el proceso de
degradación, y a la dificultad de
convertir los átomos de N de este
tipo de colorantes en compuestos de
nitrógeno oxidados, lo cual repre-
senta una cinética de degradación
lenta (Rupa et al., 2007). Finalmente,
los resultados alcanzados sugieren
que en presencia o no de H2O2, la
degradación de AM ocurre más rápi-
damente que la eliminación de COT.
Por lo tanto, se puede postular que
los productos intermedios produci-
dos por fotocatálisis no son suscep-
tibles de ser mineralizados con
facilidad durante las 7 h de trata-
miento, tiempo que si es suficiente
para la eliminación del color. Estos
resultados concuerdan con la litera-
tura, donde se reporta que los colo-
rantes pueden degradarse efecti-
vamente mediante fotocatálisis, pero
se necesitan horas de irradiación
prolongadas.
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DEGRADACIÓN FOTOCATALÍTICA DE AZUL DE METILENO
IMPREGNADO EN PAREDES DE BOTELLAS DE VIDRIO Y DE POLIETILENO
Espinoza et. al., 171–191
De acuerdo con los resultados obte-
nidos en este trabajo, se demuestra
que es posible dar solución a la pro-
blemática de contaminación del
agua por AM mediante fotocatálisis,
utilizando como fotocatalizador TiO2
impregnado en botellas de vidrio y
de PET. Aparentemente, la impregna-
ción del fotocatalizador TiO2en bo-
tellas de vidrio es mejor que en las
botellas PET, sin embargo, no se eva-
luó la estabilidad de la película del
fotocatalizador en el tiempo de trata-
miento; por lo que, se sugiere que
este parámetro sea evaluado en tra-
bajos futuros.
Adicionalmente, los resultados sugie-
ren, que en presencia o no de H2O2
la degradación de AM ocurre más rá-
pidamente que la mineralización, lo
que evidencia la presencia de pro-
ductos intermediarios de degrada-
ción del AM presentes en la
solución, por lo cual, para su elimi-
nación total, se sugiere que el pe-
ríodo de exposición a la radiación
solar debe prolongarse. Además,
para lograr un mayor entendimiento
de los subproductos formados en la
degradación se recomienda realizar
un análisis cromatográfico de las
muestras estudiadas, así como un en-
sayo de toxicidad en organismos
acuáticos.
Por otra parte, los reactores propues-
tos, pueden ser reutilizados y ade-
cuados como soportes del fotoca-
talizador TiO2, incentivando así la
cultura del reciclaje para darle una
segunda vida a materiales que regu-
larmente son desechados luego de su
uso. De esta manera, se muestra que
los residuos de PET y vidrio pueden
ser utilizados en el desarrollo de tec-
nologías de tratamiento de aguas, de-
bido a que es un proceso
económico, accesible, y sustentable.
Finalmente, para escalar esta tecno-
logía, hace falta ensayos experimen-
tales para evaluar la eficiencia del
sistema propuesto en muestras de
agua real que estén contaminadas
con colorantes, provenientes de pe-
queñas industrias textiles del país;
estos ensayos se desarrollarán en una
próxima fase de este trabajo.
CONCLUSIÓN
188
InfoANALÍTICA 10(1)
Enero 2022
Los autores agradecen al Centro de
Investigaciones y Control Ambiental-
CICAM de la Escuela Politécnica Na-
cional, y al Grupo de Electroquímica
Fundamental y Aplicada (GEFA) de
la Pontifica Universidad Católica del
Ecuador (@GEFA_PUCE), por su va-
liosa asistencia técnica en este pro-
yecto.
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DEGRADACIÓN FOTOCATALÍTICA DE AZUL DE METILENO
IMPREGNADO EN PAREDES DE BOTELLAS DE VIDRIO Y DE POLIETILENO
Espinoza et. al., 171–191
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