fisica

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Remoción de
contaminantes metálicos
Marta Irene Litter
Unidad de Actividad Química, Centro
Atómico Constituyentes, Comisión Nacional
de Energía Atómica, Avenida General
Paz 1499, 1650 San Martín, Argentina;
Universidad Nacional de General
San Martín. Correo electrónico:
litter@cnea.gov.ar.1. Introducción
La contaminación causada por la presencia de metales y metaloides es, en la
actualidad, uno de los problemas ambientales más importantes, ya que la toxicidad
total anual de los metales movilizados excede la toxicidad total de los residuos radiactivos
y orgánicos generados por el hombre [1]. Especies metálicas como el cromo, el
mercurio, el cobre, el níquel y el cadmio, ademásdel arsénico (estrictamente un
metaloide), forman parte de la lista de contaminantes prioritarios de la Agencia de
Protección Ambiental de los EE.UU. (US EPA) [2]. Además de la presencia natural
de las especies químicas en el medioambiente, las actividades antropogénicas
introducen varios centenares de miles de millones de toneladas por año de metales
pesados en el medio terrestre. Al mismotiempo que aumenta la preocupación ambiental,
la acumulación de metales en efluentes representa pérdidas económicas significativas
en materias primas.
Si bien la destrucción de contaminantes orgánicos o microbiológicos presentes
en aguas es un aspecto muy estudiado en los campos de la química y tecnología
ambiental, la transformación de iones metálicos en especies de menor toxicidad o
másfácilmente separables ha sido, hasta ahora, menos estudiada. Los metales poseen
tiempos de vida infinitos, no se biodegradan fácilmente y los métodos químicos o
biológicos para su tratamiento presentan severas restricciones o son prohibitivos por
su alto costo. La eliminación de estas especies ha sido llevada a cabo generalmente
por procesos de precipitación como hidróxidos, electrólisis, oxidaciónquímica,
adsorción, quelación, etc. En los casos en que se puede realizar una transformación
al estado cerovalente, estas tecnologías hacen posible también la recuperación del
metal de las aguas, con un retorno económico importante.
Desde los inicios de la fotocatálisis heterogénea, la fototransformación y el
fotodepósito de metales – principalmente los más nobles, caros y tóxicos – fuevisualizada como una de las potenciales aplicaciones más útiles de la tecnología. Los
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tratamientos fotocatalíticos pueden convertir las especies iónicas a su forma sólida
metálica y depositarlas sobre la superficie del semiconductor, o bien transformarlas
en otras especies solubles menos tóxicas [3-4 5 6]. Al final del proceso, la especie
metálica puede ser extraída de la suspensión porprocedimientos mecánicos o químicos.
El fotodepósito de metales en la superficie del semiconductor está relacionado, además,
con aplicaciones tales como el almacenamiento de energía luminosa, el desarrollo de
sistemas de imágenes fotográficas, la prevención de la corrosión de semiconductores
y la preparación de semiconductores modificados (temas que no se tratarán aquí).
2. Fundamentos cinéticosy termodinámicos
A pH 0, el límite inferior de la banda de conducción y el superior de la banda de
valencia del TiO2 Degussa P-25 se encuentran respectivamente a -0,3 y +2,9 V vs.
ENH [7] (ver Capítulo 9), y estas posiciones definen el rango de las reacciones
anódicas y catódicas termodinámicamente permitidas.
cb evb
h+
≈
hν
-0,3
+2,9
+1,0
0,0
+0,5
AuCl4
-/ Au0
Ni2+/Ni0
Pb2+/Pb0Cu2+/Cu
Pt4+/Pt0
Hg2+/Hg0
Ag+/Ag0
PbO2/Pb2+
Cr2O7
2-
Cd2+/Cd
≈
V
-1,0 Mn2+/M
Zn2+/Zn0
+1,5
Figura 1. Posiciones de los potenciales redox vs. ENH de varios pares metálicos con relación
a los niveles de energía de las bandas de conducción y valencia del TiO2 Degussa P-25 a pH 0.
Los potenciales pueden ser ligeramente diferentes en la interfaz agua-TiO2.
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