Revista Conocimiento 'El Túnel de la Ciencia' (PDF - science tunnel

CONOCIMIENTO
y esfuerzo por parte de investigadores, instituciones de
investigación científica y gobiernos en general.
Por lo anterior, esfuerzos realizados por la Universidad
Autónoma de Nuevo León, en coordinación con el Instituto
Max Planck, de Alemania, y el Consejo Nacional de Ciencia
y Tecnología (CONACYT) para traer a nuestra ciudad la
exposición llamada el “Túnel de la Ciencia” durante los
meses de septiembre-octubre, son sumamente loables.
La exposición consta de 12 pabellones donde se muestran
de manera interactiva los avances de la ciencia en
campos del conocimiento relacionados con el origen del
universo, la formación del sistema solar, la exploración
del nanocosmos, el estudio del genoma humano, el desarrollo
de nanomateriales funcionales, la sustentabilidad,
el aprovechamiento de los recursos naturales, entre otros.
La exposición “Túnel de la Ciencia” crea una excelente
atmósfera para acercar a la sociedad al conocimiento de
punta y captar la atención de nuevas generaciones en la
búsqueda de futuros científicos mexicanos.
PURIFICACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
La Universidad Autónoma de Nuevo León, asumiendo
una de sus tareas sustantivas, como lo es la investigación,
ha destinado importantes esfuerzos y recursos para crear
entre sus investigadores los espacios y condiciones para el
desarrollo de sus tareas en los distintos campos del conocimiento
en que se desempeñan. En el presente escrito,
abordaremos en particular unos de los temas objeto de
estudio de algunos investigadores de la UANL y que tiene
una enorme repercusión en nuestra vida cotidiana, como
lo es la purificación de aguas residuales por medios sustentables.
Entre los múltiples retos que como sociedad enfrentamos
actualmente -lo que seguiremos haciendo a lo largo
de este siglo XXI-, uno de los más relevantes es sin lugar a
dudas el suministro de agua potable a la población. La actividad
industrial demanda grandes cantidades de agua
y frecuentemente la desecha, acompañada de sustancias
tóxicas que afectan a la flora y la fauna acuáticas, dificultan
su uso para actividades de riego y la alejan de
una calidad cercana a la potabilidad. Lo anterior exige la
destinación de importantes recursos económicos y energéticos
para la descontaminación y tratamiento de aguas
residuales, descuidando así el apoyo a otras necesidades
básicas de la población.
La mayor dificultad en el tratamiento de aguas residuales
estriba en la ineficiencia de los procesos físicos
empleados, tales como la coagulación y absorción, dado
que sólo transfieren los contaminantes del agua residual
a otro medio, provocando una polución secundaria. Estos
mecanismos, además de resultar imprácticos, requieren
etapas adicionales para la recuperación de los residuos
y una posterior calcinación de los mismos con un consecuente
aumento en los costos del proceso.
Hasta hace poco, bastaba que el proceso de purificación
de agua fuera viable técnicamente, aplicable a gran
escala, y en gran medida económico. Sin embargo, en tiempos
modernos debemos incorporar la sustentabilidad del
proceso a cualquier propuesta que pretenda atacar esta
EL TÚNEL DE LA CIENCIA
problemática. Bajo esta perspectiva, la fotocatálisis heterogénea cumple con
todos estos requisitos para ser considerada como una herramienta tecnológica
de vanguardia en la solución del problema de la purificación de aguas
residuales. La sustentabilidad de la fotocatálisis heterogénea se basa en el empleo
de óxidos semiconductores cerámicos (no tóxicos) y energía solar (energía
gratuita). Para este propósito se han explorando principalmente óxidos de metales
de transición, dada su capacidad para absorber energía de longitud de onda
superior a los 400 nm.
FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA
En los últimos años, la fotocatálisis heterogénea se ha posicionado como una
de las tecnologías prometedoras más eficientes y limpias para la remoción de
contaminantes orgánicos en aguas residuales. Una vez madurado el concepto
de la fotocatálisis heterogénea durante los últimos 30 años, y comprendido el
mecanismo mediante el cual ocurren las reacciones por acción de la radiación
electromagnética, en años recientes se ha empezado a enfocar el problema utilizando
luz visible, dada la inminente aplicación práctica que tiene el uso de este
tipo de radiación.
Diversos elementos deben considerarse en el proceso de una reacción activada
por radiación electromagnética. En primera instancia, el fotocatalizador, el
cual comúnmente es un óxido o sulfuro semiconductor que absorbe la radiación
electromagnética para promover electrones de su banda de valencia a su banda
de conducción (véase Figura 1). En el proceso se generan pares hueco-electrón
que son fácilmente recombinados para restablecer al semiconductor a su estado
inicial. Sin embargo, aunque poco eficiente, el proceso de separación de cargas
puede progresar migrando éstas hacia la superficie del fotocatalizador creando
así sitios activos donde, por ejemplo, una molécula orgánica puede experimentar
procesos de oxidación.
Figura 1. Esquema de la formación de pares hueco-electrón en
un semiconductor por acción de radiación electromagnética y
proceso de recombinación de cargas.
La energía necesaria para promover la creación de pares hueco-electrón depende
de la naturaleza del semiconductor y en particular de la diferencia de
energía entre sus respectivas bandas de conducción y valencia. A esta diferencia
de energía, expresada comúnmente en eV, se le denomina banda de energía prohibida
o gap de energía (Eg) de un semiconductor. Para un material semiconductor
con Eg > 3.0 eV, su activación será a través de luz ultravioleta, mientras que
materiales con Eg < 3.0 eV serán activados con luz visible.
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