Tesis doctorales de la Escuela Internacional de Doctorado de la URJC desde el curso 2024/25
Desarrollo de materiales de bismuto para el tratamiento de aguas: fotocatálisis heterogénea para la eliminación de contaminantes emergentes
Autor
PÉREZ DEL PULGAR VILLENA, HELENA
Director
PÉREZ CORTÉS, YOLANDA
Codirector
HIERRO MORALES, MARÍA ISABEL DEL
Fecha de depósito
23-09-2025
Periodo de exposición pública
24 de septiembre a 7 de octubre de 2025
Fecha de defensa
Sin especificar
Programa
Ciencias
Mención internacional
Solicitada
Resumen
Esta tesis doctoral aborda el desarrollo de materiales fotocatalíticos basados en bismuto para la eliminación eficiente de contaminantes emergentes en aguas, utilizando procesos de fotocatálisis heterogénea. Se han diseñado, sintetizado y evaluado tres tipos de materiales optimizados para mejorar sus propiedades fotocatalíticas y así obtener materiales multifuncionales.
En primer lugar, se han sintetizado nanoláminas de carbonato de bismuto (Bi2O2CO3) con vacantes de oxígeno inducidas por medio de una síntesis que contiene el líquido iónico hidróxido de colina (X%Chol-Bi2O2CO3 X = 5, 10 y 20). En particular, 10%Chol- Bi2O2CO3 ha mostrado una notable mejora en la absorción de luz y en la separación de pares electrón-hueco. La presencia de dichas vacantes de oxígeno, entre otras propiedades, le conviertem en un fotocatalizador eficaz en la degradación de contaminantes como la ciprofloxacina y el sulfametoxazol (antibióticos) y la 4-benzofenona. Este es el primer estudio que consigue la degradación de 4-benzofenona mediante fotocatálisis heterogénea sin el uso de un agente oxidante. Además, se han llevado a cabo experimentos de reutilización del material 10%Chol- Bi2O2CO3, donde se ha demostrado su robustez, y ensayos utilizando agua de grifo como matriz evidenciando la utilidad de estos materiales en condiciones reales.
En segundo lugar, se ha desarrollado un fotocatalizador tricomposite BiOCl-1/Bi12O17Cl2/Bi2O3 formado por las fases oxicloruro de bismuto (BiOCl-1), oxicloruro de bismuto no estequiométrico (Bi12O17Cl2) y óxido de bismuto (Bi₂O₃). Este material se ha preparado mediante síntesis hidrotermal a partir de BiOCl adicionando una fuente de bismuto, en este caso, el bismutato de sodio (NaBiO3). BiOCl-1/Bi12O17Cl2/Bi2O3 presenta una excelente actividad fotocatalítica gracias al estrecho contacto entre las tres fases, favoreciendo la separación de cargas y disminuyendo la recombinación. Dicho material ha logrado eliminar eficientemente diversos contaminantes, incluyendo ciprofloxacina, metilparabeno y naranja de metilo, tanto de forma individual como en mezclas, además de mostrar una alta estabilidad y capacidad de reutilización.
Por último, se han sintetizado soluciones sólidas de oxihaluros de bismuto, específicamente BiOCl0.9I0.1 y BiOBr0.9I0.1, mediante síntesis por coprecipitación. La incorporación de aniones yoduro en la estructura ha permitido modificar las propiedades ópticas y mejorar la absorción de luz visible. Ambos materiales han demostrado una elevada capacidad para la eliminación simultánea de mezclas de contaminantes orgánicos, incluyendo ciprofloxacina, metilparabeno y rodamina B. BiOCl0.9I0.1 presenta la mejor actividad fotocatalítica y una excelente estabilidad, manteniendo su eficacia incluso en presencia de aniones inorgánicos y materia orgánica natural, simulando condiciones de aguas reales.
A lo largo de la tesis, se han realizado estudios detallados sobre los mecanismos de degradación y las rutas de degradación de los contaminantes, incluyendo la identificación de productos intermedios y la evaluación de la toxicidad de los productos generados. Estos análisis han confirmado que los tratamientos fotocatalíticos estudiados son altamente eficaces en la eliminación de los contaminantes emergentes testados.
Los resultados obtenidos muestran que la modificación controlada de materiales basados en bismuto mediante estrategias como la generación de vacantes de oxígeno, la formación de heteroestructuras y la síntesis de soluciones sólidas constituye una vía efectiva para el desarrollo de fotocatalizadores avanzados, sostenibles y aplicables a la remediación de aguas contaminadas.
