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RESUMEN | El agua utilizada en acuicultura debe presentar excelente calidad microbiológica, de manera que garantice el éxito de la producción. En esta industria se utilizan frecuentemente algunos métodos de tratamientos microbicidas tales como filtración, cloración, luz UV, etc., que además de ser costosos, pueden generar compuestos tóxicos. En orden de buscar métodos alternativos para el tratamiento de agua para uso acuícola, la presente investigación evaluó las bondades de la fotolisis directa y la fotocatálisis heterogénea con nanopartículas de dióxido de titanio (FH-NPTiO2) con la finalidad de cultivar microalgas y rotíferos a baja escala. Una reducción significativa fue observada en el crecimiento de mesófilos aerobios totales y hongos en el agua de mar tratada con FH-NPTiO2, en comparación a la fotolisis directa. La calidad del agua tratada con FH-TiO2 permitió crecimiento de la microalga Tetraselmis chuii y del rotífero Brachionus plicatilis (alimentados con T. chuii), similar al cultivo en agua filtrada y esterilizada con UV. Cuarenta y ocho horas fue el tiempo de desinfección efectivo (TDE) para el agua tratada con FH-NPTiO2. Los resultados demuestran que la FH-NPTiO2 es una tecnología que puede aportar soluciones innovadoras en el tratamiento del agua para la acuicultura. ABSTRACT | The water used in aquaculture requires an excellent microbiological quality, in order to guarantee a successful production. Some methods of treatment such as filtration, chlorination, UV- light among others, are frequently used in the aquaculture industry, which are expensive and may generate toxic compounds. In order to search for alternative methods to treat water for aquaculture purpose, this study evaluated the benefits of direct photolysis and heterogeneous photocatalysis with nanoparticles of titanium dioxide (HP-NPTiO2) in order to cultivate microalgae and rotifers on a low scale. A significant reduction in total aerobic mesophiles and fungi growth was observed in HP-NPTiO2 treated seawater, in comparison with direct photolysis. The quality of seawater treated with HP-NPTiO2 allowed the growth of Tetraselmis chuii (microalgae) and B. plicatilis (rotifer) fed with T. chuii, similar to the culture in filtered and UV-sterilized water (control). Forty-eight hours was the effective disinfection time (EDT) for the water treated with FH-NPTiO2. The results showed that HP-NPTiO2 is a technology which may provide innovative solutions in water treatment for aquaculture.

Materiales de dióxido de titanio (TiO2) fueron empleados como catalizadores en la degradación acuosa fotocatalítica del ácido naranja 7 (AO7). Los materiales fueron sintetizados empleando la técnica sol-gel y bajo condiciones hidrotérmicas. Con el objetivo de lograr un uso más eficiente de la luz solar, los materiales fueron modificados con distintas cargas de hierro. Los estudios de caracterización dieron cuenta de la presencia de la fase anatasa en la estructura cristalina interna, de la naturaleza mesoporosa, y del desplazamiento de la absorción hacia mayores longitudes de onda con el agregado de hierro. Las reacciones fueron llevadas a cabo en un reactor batch irradiado desde sus laterales. El catalizador modificado con 0,1% P/P de hierro resultó ser el más activo, elevando el porcentaje de degradación del contaminante hasta 54%, en relación al 26% obtenido con el TiO2 sin modificar. A contenidos superiores de metal, la actividad disminuyó aún por debajo del 26%.

Los colorantes constituyen una clase importante de compuestos orgánicos que encuentran numerosas aplicaciones en nuestra vida cotidiana. El teñido produce efluentes que contienen entre el 10 y 15% del colorante que finalmente se depositan en los cuerpos de agua. Se sintetizaron y caracterizaron nanotubos de alúmina impregnados con 2, 6 y 10 % de hierro (Fe-NT), para ser empleados en la decoloración fotocatalítica del Rojo de Alizarina S (ARS). Por DRX se verificaron las señales características de la γ-Al2O3. El área superficial disminuyó con el aumento del contenido hierro oscilando entre 87 y 116 m2/g. La presencia de hierro fue confirmada por Absorción Atómica. Además, por TEM, se confirmó la estructura tipo nanotubo. Los materiales fueron evaluados catalíticamente en la decoloración del ARS obteniendo porcentajes de decoloración del 50% para el Fe-NT 2% y 85-90 % para los nanotubos con 6 y 10 % de hierro, respectivamente.

En el trabajo se aborda el uso de diferentes tipos de nanopartículas (NP’) con propiedades fotocatalíticas y antimicrobianas, con posible uso para mitigar la propagación del virus SARS-CoV-2 que provoca la enfermedad COVID-19. El trabajo está estructurado con énfasis en el mecanismo por el cual las NPs de Ag y Cu pueden eliminar virus y bacterias. Posteriormente, se aborda la preparación de materiales, como las zeolitas, que contienen impregnadas a las NPs de Ag y Cu. Otras de las NPs presentadas son las de ZnO y TiO2, las cuales también presentan altas eficiencias para eliminar microorganismos. Por último, se analizan algunos trabajos en donde las NPs, en suspensión o soportadas, se emplearon para preparar pinturas. Estas pinturas se evaluaron para degradar algunos contaminantes atmosféricos; no obstante, lo más interesante fue su uso como recubrimientos antibacterianos. Si bien, la mayoría de los trabajos se enfocaron en comprobar las propiedades antimicrobianas de las pinturas, su uso se puede extender hacia la inactivación de virus, como el SARS-CoV-2. Esto permitiría utilizar estos recubrimientos en zonas con alta frecuencia del virus, como es el caso de hospitales o áreas de alto contacto humano.

Este número especial de Mundo Nano. Revista Interdisciplinaria en Nanociencias y Nanotecnología presenta artículos de revisión bibliográfica que tratan de establecer el estado del conocimiento sobre el desarrollo de materiales nanométricos para la detección del SARS-CoV-2 en muestras fisiológicas, la inactivación del agente infeccioso en diferentes superficies y el desarrollo de vacunas sobre la plataforma del ARN mensajero. El objetivo es que, a partir de esta línea base, los académicos y los estudiantes de posgrado interesados en el tema puedan trazar líneas de investigación ad hoc que abonen a la solución de la crisis sanitaria y al retorno seguro a las actividades productivas en México, como en América Latina y el Caribe en tanto países de residencia del grueso de lectores de Mundo Nano.

El TiO2 se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, entre ellas la fotocatálisis en el área ambiental para autolimpieza de superficies y purificación de aire y agua. Con el propósito de desarrollar nuevos materiales con mejor respuesta fotocatalítica usando luz solar, se ha propuesto modificar el TiO2 siguiendo diversas estrategias. En este trabajo, se resumen los aspectos básicos de la fotocatálisis discutiéndose las ventajas de utilizar fotocatalizadores en forma de película delgada. Se presenta como caso de estudio la obtención de películas delgadas de TiO2 modificadas con zinc, utilizando una ruta de síntesis novedosa que permite buen control en la composición y estructura de los materiales obtenidos. Se muestran los resultados obtenidos en la evaluación fotocatalítica de las películas en la reacción de degradación del colorante verde de Malaquita, observándose algunas ventajas.

Se prepararon materiales a partir de la inmovilización de ácido tungstofosfórico sobre zeolita NH4ZSM5 mediante impregnación húmeda para ser aplicados en la degradación de moléculas representativas de contaminantes presentes en efluentes empleando fotocatálisis heterogénea. La concentración de ácido tunstofosfórico incorporada fue de 10 y 30% p/p en el sólido obtenido. Los materiales se caracterizaron mediante diferentes técnicas fisicoquímicas. El área superficial disminuyó respecto de la matriz sin modificar como resultado de bloqueo de los poros de la zeolita. Los patrones de difracción de rayos X de las muestras modificadas presentaron los picos característicos de zeolita NH4ZSM5 y un conjunto de picos adicionales asignados a la presencia de la sal (NH4)3[PW12O40]. Además, las muestras exhibieron valores de band gap similares a los reportados para los semiconductores más estudiados. Se obtuvieron catalizadores con elevada actividad fotocatalítica en las moléculas de estudio.

La fotoestabilidad de nanocristales (NCs) del grupo II-VI, como CdSe se aprovecha en procesos de fotocatálisis. Sin embargo, el contenido de metales tóxicos limita su aplicación en el ambiente en la remediación de residuos de las industrias textiles, de pieles y de papel. Se comparó la acción catalítica de CdS y ZnS, estabilizadas con dodecil sulfato de sodio y ácido etilendiaminotetraacetico, respectivamente, para el tratamiento fotocatalítico del colorante azul de metileno (AM) con radiación UV. Las dos clases de NCs presentaron bandas de absorción desplazadas hacia 500 nm y bandas de emisión fluorescente a 430-440 nm. Estas características ópticas se atribuyen al tamaño (20-50 y 100-150 nm), confirmado por microscopía electrónica. La degradación del AM por NCs alcanzó rendimientos del 92% y 77% para ZnS y CdS respectivamente, mediante la producción fotocatalítica de radicales hidroxilos capaces de participar en procesos redox. En conclusión, NCs se aprecian como catalizadores eficientes para la remediación de AM, un colorante aromático heterocíclico de amplio uso industrial.

Prólogo

Se describen las actividades de investigación en el área de catálisis que se realizan en el Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ) y se refieren las atribuciones que por mandato legal tiene el Instituto. Se incluyen las líneas de investigación, contribuciones y los principales logros en este campo obtenidos a través de los años. También se presenta información sobre la infraestructura con que cuenta el Instituto para llevar a cabo investigación sobre catálisis. Se menciona la importancia del trabajo de colaboración nacional e internacional, así como la formación de recursos humanos. Por último, se presentan las perspectivas de investigación y desarrollo en nuestra institución en el campo de la catálisis.

En esta contribución se describen las actividades de investigación, docencia y vinculación que se realizan en las áreas de catálisis y fotocatálisis en la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). Se presentan los inicios de investigaciones en el área de catálisis y fotocatálisis en la FCQ de la UANL, que coincidió con la apertura de los posgrados de maestría y doctorado en ciencias con orientación en procesos sustentables, y la orientación en química analítica ambiental ambos en el Padrón Nacional de Posgrados de Calidad (PNPC) del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) de México. Se cuenta con diferentes tipos de investigación en catálisis y fotocatálisis, tanto en la parte de síntesis y caracterización de nuevos catalizadores, estudios en diferentes tipos de reactores catalíticos para diferentes reacciones en aplicaciones ambientales y de biocombustibles. Las vinculaciones con grupos de catálisis con diferentes universidades de México y Estados Unidos de América, así como una doble titulación con la Universidad de Isla Baleares, en España. Se han dado servicios a la industria en área de catálisis y fotocatálisis y se tienen proyectos de colaboración con la plataforma solar de Almería, en España, por parte del grupo del Laboratorio de Fotocatálisis y Electroquímica Ambiental. En los posgrados relacionados con la investigación en catálisis se vislumbra un crecimiento a corto y mediano plazo en número de estudiantes del extranjero y productos académicos con colaboración internacional.

Número completo

El Laboratorio de Catálisis y Materiales perteneciente a la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas (ESIQIE) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), se fundó en 1981 con el fin de realizar investigación básica y aplicada en el desarrollo de nuevos materiales catalíticos para la industria de refinación y petroquímica. En el presente trabajo se hace un recuento histórico en cuanto a las actividades de investigación realizadas en el marco de materiales catalíticos nanoestructurados. Se presenta la evolución de las líneas de investigación y los proyectos llevados a cabo, la infraestructura disponible, la productividad del grupo, las colaboraciones internas y externas, así como las actividades de docencia y formación de recursos humanos. Finalmente, se describen los principales logros alcanzados por el grupo y se vislumbran las perspectivas de investigación requerida en áreas de energía, industria química y medio ambiente (programa ENIQMA).

Se hace una breve presentación de la fundación de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) en 1974, su organización académica departamental, la organización de la investigación por áreas y la creación de la figura de profesor-investigador. Además, se describen las actividades de investigación, docencia y difusión de la cultura del grupo de investigación adscrito al Área de Química de Materiales del Departamento de Ciencias Básicas, División de CBI de la UAM-A, el cual realiza sus actividades de investigación en catálisis desde hace varios años y en la nanociencia y la nanotecnología en el último lustro. Asimismo, se mencionan los proyectos que se llevan a cabo en el área, la infraestructura y sus laboratorios, las colaboraciones y el desempeño académico de los investigadores en el ámbito de la docencia y la formación de recursos humanos en las licenciaturas de ingeniería química e ingeniería ambiental; así como en el Posgrado de Ciencias e Ingeniería de Materiales, maestría y doctorado (perteneciente al PNPC-CONACyT). Se mencionan, además, los logros alcanzados y perspectivas a futuro.

Describimos aquí las actividades de investigación en el área de catálisis realizadas por algunas investigadoras de la Facultad de Química de la Universidad Autónoma del Estado de México, adscritas al Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable, UAEM-UNAM. Se incluyen las líneas de investigación que desarrollan, las contribuciones que han generado y los logros en este campo obtenidos en los últimos años. También se presenta información sobre la infraestructura con que se cuenta en el CCIQS y en la Facultad de Química para llevar a cabo investigación sobre catálisis; la importancia que tienen los trabajos de colaboración nacional e internacional, así como, la formación de recursos humanos altamente especializados en esta área. Por último, presentamos las perspectivas de investigación y desarrollo planteadas para el campo de la catálisis.

En este trabajo se describe el origen de los estudios sobre catálisis en el Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico (CCADET) de la Universidad Nacional Autónoma de México, la evolución de los mismos y las líneas de investigación y desarrollo que se cultivan actualmente en dicha área; asimismo, se describen los proyectos que se desarrollan hoy en día y los concluidos en los pasados diez años. Se hace un recuento de las colaboraciones establecidas, de la infraestructura disponible para realizar investigación en el área de catálisis y de los principales logros obtenidos en los últimos años. Al final del trabajo se presentan las perspectivas que, desde el punto de vista de los académicos del Centro que trabajan en catálisis, tiene esta área para el futuro.

Con la creciente presión hacia un uso más racional del recurso hídrico, el desarrollo de tecnologías apropiadas de tratamientode aguas es cada vez más urgente. Debido a ello, en los últimos años se han propuesto procesos de oxidación fotoquímicos y electroquímicos como alternativa para el tratamiento de aguas contaminadas con sustancias antropogénicas difícilmente biodegradables, así como para eliminar bacterias en aguas destinadas al consumo humano. El objetivo de este trabajo es presentar algunas de nuestras más recientes investigaciones que demuestran que tanto la electroquímica como la fotoquímica, al igual que el acople de estos procesos con tratamientos biológicos, son alternativas muy prometedoras para aumentar la calidad del agua

La fotosíntesis artificial representa una opción sustentable para la producción de combustibles alternativos o vectores energéticos, como el H2, hidrocarburos ligeros, y/o alcoholes a partir de la reducción del CO2 y la oxidación de H2O. El proceso de reducción de CO2 se denomina fotocatálisis artificial e involucra conjuntamente la separación de la molécula de H2O. En este trabajo se presentan algunos aspectos básicos de la fotosíntesis artificial llevada a cabo por medio de fotocatálisis y se analizan las propiedades principales que deben tener los catalizadores empleados. También, se resumen algunas de las técnicas para mejorar la eficiencia de las reacciones involucradas, en particular se analiza el empleo de catalizadores con oro como co-catalizador. Asimismo, se presentan los desafíos científicos y culturales actuales para poder desarrollar y aplicar esta tecnología, que permitiría la obtención de combustibles amigables con el medio ambiente.

La efectiva eliminación de agentes contaminantes en el agua es un tema de prioridad en todo el mundo. Muchas de estas sustancias contaminantes son recalcitrantes en los sistemas convencionales de tratamiento de agua, por lo que un importante número de sistemas de tratamiento avanzado ha sido desarrollado. Los procesos de oxidación avanzada, como la fotocatálisis heterogénea, han demostrado eliminar eficientemente un amplio grupo de agentescontaminantes de carácter orgánico, inorgánico y microbiológico presentes en el agua contaminada. En este artículo se revisan los principios básicos del proceso de fotocatálisis heterogénea, así como los mecanismos involucrados en la degradación de contaminantes de diferente tipo en el agua. Adicionalmente, se hace una revisión del impacto que puede tener la modificación en superficie de semiconductores sobre la eficiencia de los procesos fotocatalíticos.

Resumen. El objetivo de este trabajo fue estudiar la influencia de diferentes carbones activados sobre la actividad del TiO2 en el tratamiento fotocatalítico de aguas contaminadas, empleando como molécula sonda el 4-clorofenol, el cual comúnmente es un subproducto de las aguas de producción en la industria petrolera. Se prepararon diferentes carbones a partir del aserrín de la madera Tabebuia Pentaphyla impregnada con ZnCl2, H3PO4 y KOH y la activación se hizo bajo flujo de N2 por 1h a 450ºC. Los resultados indican que la fotoactividad del TiO2 está fuertemente influenciada por las propiedades fisicoquímicas del carbón, observándose efectos de sinergia entre ambos sólidos o inhibición en la actividad del TiO2. Los análisis por microscopía electrónica de barrido mostraron el fenómeno de agregación superficial de nanopartículas de TiO2 sobre carbones con pH muy ácido o muy básico. El control de las condiciones de síntesis de carbón activado permite mejorar la fotoactividad del TiO2, lo cual permite pensar en que este sistema muestra un gran potencial para su empleo en tecnología solar. aguas contaminadas; fotocatálisis; carbón activado, TiO2.

RESUMEN: En esta contribución se definen los conceptos fundamentales de la catálisis, se describe la importancia de los procesos catalíticos en la vida cotidiana y en muchos de los procesos que se dan en la naturaleza. Posteriormente se describen las implicaciones de las propiedades físicas, químicas y fisicoquímicas de los nanomateriales en los procesos catalíticos heterogéneos, en los que generalmente el catalizador es un sólido nanoestructurado. Se hace un especial énfasis en el efecto del tamaño y la forma de las nanopartículas sobre la eficiencia de los catalizadores. Asimismo, se describen algunas de las aplicaciones más importantes de los nanocatalizadores, como son el abatimiento de la contaminación atmosférica y del agua, la producción y purificación de combustibles, así como aplicaciones industriales y de química fina para producción de sustancias de muy alto valor comercial como los fármacos, las esencias, los pesticidas, entre otros. Además de describir los procesos nanocatalíticos heterogéneos, se dedica un apartado a los procesos fotocatalíticos, en los que además de un sólido nanoestructurado, se requiere la presencia de luz (ultravioleta o visible) para que se lleven cabo. Estos procesos son de gran importancia en la degradación de compuestos orgánicos e inorgánicos contaminantes del agua, en la producción de hidrógeno y otros combustibles alternativos y en producción de productos químicos de alto valor comercial.