Degradación de microplásticos mediante fotocatálisis con dióxido de titanio

Abstract

Los microplásticos (MP) son partículas de plástico que tienen un tamaño inferior a 5 mm. Pueden ser de origen primario, se originan y se liberan presentando ya el tamaño de partícula, o de origen secundario, se forman a partir de desechos plásticos grandes que se rompen en plásticos más pequeños una vez se han expuesto en el medio ambiente. En la actualidad, ha aumentado sustancialmente la cantidad de MP presentes en agua dulce y salada generando consecuencias negativas tanto para la vida silvestre como para la salud humana. Además, su pequeño tamaño presenta un desafío adicional, ya que dificulta su eliminación mediante métodos convencionales. Frente a esta problemática, la fotocatálisis con dióxido de titanio emerge como una posible solución para la degradación de microplásticos. Este proceso aprovecha la energía luminosa para activar el dióxido de titanio (TiO2) para descomponer los microplásticos en fragmentos más pequeños o en productos químicos menos perjudiciales. Sin embargo, no se ha estudiado en profundidad el efecto de las variables en el proceso. En primer lugar, se llevará a cabo el análisis de la influencia del tipo de radiación ultravioleta en el proceso de fotocatálisis. Esto se realizará mediante el uso de lámparas UV-C y UV-A, con el objetivo de determinar qué tipo de radiación es más eficaz en la degradación de microplásticos de polietileno de tamaño 210-250 μm. En segundo lugar, se va a estudiar el impacto de diferentes concentraciones de catalizador en la eficiencia de la degradación, con concentraciones de 0,25 g/L, 0,5 g/L y 1 g/L de dióxido de titanio y 0,5 g/L de microplásticos. La investigación evaluará la degradación a través de la pérdida de masa, la distribución del tamaño de las partículas y el índice de carbonilo observando evidencias concretas de que el proceso efectivamente conduce a la degradación de los MP. Los resultados obtenidos revelan una notable pérdida de masa, alcanzando hasta un 37%, así como un aumento significativo del índice de carbonilo, casi del 60% respecto al valor inicial. Además, se observa que el tamaño de las partículas se reduce considerablemente, llegando a 150-180 μm en un periodo relativamente corto de dos horas. Estos hallazgos proporcionan una sólida base para futuras investigaciones, con el objetivo de lograr una degradación y eliminación completa de los microplásticos presentes en el agua.

Microplastics (MP) are plastic particles that are smaller than 5 mm. They can be of primary origin, manufactured and being released already in particle size, or of secondary origin, forming from large plastic waste that breaks down into smaller plastics once exposed to the environment. Currently, the amount of MP present in both freshwater and seawater has substantially increased, generating negative consequences for both wildlife and human health. Additionally, their small size presents an additional challenge, as they are difficult to remove by conventional methods. Faced with this problem, photocatalysis with titanium dioxide emerges as a potential solution for microplastic degradation. This process harnesses light energy to activate titanium dioxide (TiO2) to break down microplastics into smaller fragments or less harmful chemical products. However, the effect of variables in the process has not been studied. Firstly, an analysis of the influence of ultraviolet radiation type on photocatalysis will be carried out. This will be done using UV-C and UV-A lamps, with the aim of determining which type of radiation is more efficient in the degradation of polyethylene microplastics of size 210- 250 μm. Secondly, the influence of different catalyst concentrations on the degradation efficiency will be studied, with concentrations of 0.25 g/L, 0.5 g/L, and 1 g/L of titanium dioxide and 0.5 g/L of microplastics. The research focused on analyzing degradation through mass loss, particle size distribution, and carbonyl index, observing concrete evidence that the process effectively leads to MP degradation. The results reveal a significant mass loss of up to 37% and a substantial increase in the carbonyl index, almost 60% higher than the initial value. Additionally, particle size is notably reduced to 150-180 μm in a relatively short period of two hours. These findings provide a solid foundation for future research aimed at achieving complete degradation and elimination of microplastics present in water.