Síntesis y aplicación de un catalizador Fe-ZSM-5 para la degradación fotocatalítica de colorantes azoicos

Abstract

Actualmente, la contaminación causada por contaminantes orgánicos emergentes en efluentes industriales y sus cuerpos agua receptores constituye un desafío ambiental relevante. Entre estos compuestos destacan los colorantes azoicos como el naranja de metilo, puesto que son utilizados ampliamente en la industria textil, pese a su elevada estabilidad química y toxicidad potencial. En este trabajo se describe el desarrollo de zeolita ZSM-5 modificada con hierro, así como su evaluación en la degradación fotocatalítica de naranja de metilo. La zeolita ZSM‑5 se obtuvo por síntesis hidrotermal. Seguidamente se sometió a tratamientos térmicos de desorción y calcinación a 500°C para obtener la forma Na-ZSM-5. A través de intercambio catiónico con NH4Cl 1M, el material se llevó a la forma NH4-ZSM-5, empleada luego como soporte para la incorporación de hierro al 3, 6 y 10% p/p, mediante impregnación vía húmeda empleando Fe(SO4)∙7H2O como sal precursora. Estos materiales fueron sometidos a tratamientos térmicos adicionales para estabilizar las especies activas. Posteriormente, se caracterizaron empleando difracción de rayos X (XRD), área superficial específica por adsorción‑desorción de nitrógeno (SBET), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y espectroscopía de reflectancia difusa UV‑Vis (DRS UV‑Vis). Las pruebas fotocatalíticas se realizaron en medio acuoso bajo irradiación UVA-Vis durante 4h, evaluando la eficiencia de degradación de naranja de metilo mediante espectrofotometría UV-Vis. Los catalizadores mostraron un desempeño dependiente del contenido metálico, resultando que con 3% de hierro se alcanzó apenas ~15% de degradación, mientras que con 6% se logró una eficiencia superior a 98%. En contraste, el material con 10% de hierro presentó una caída en la actividad, con ~70% de degradación. Estos resultados, junto con las caracterizaciones evidencian que cargas intermedias favorecen la dispersión de especies activas y optimizan la degradación fotocatalítica. Así, el desarrollo de estos catalizadores representa una alternativa prometedora para el tratamiento de aguas contaminadas con colorantes.

Keywords: Zeolita ZSM-5; fotocatálisis; colorantes azoicos.