Innovación en la composición de materiales resulta en nuevas formas de degradación de elementos contaminantes en el agua

El docente Mikel Fernando Hurtado, del programa de Ingeniería Civil de UNIMINUTO Calle 80, participa en el décimo volumen - edición 5 de la revista Catalysis, publicación con calificación cuartil Q2, con su artículo de investigación fundamental “Comparative Study of ZnO Thin Films Doped with Transition Metals (Cu an Co) for Methylene Blue Photodegradation under Visible Irradiation.

A través de una cooperación interinstitucional entre la Corporación Universitaria Minuto de Dios – UNIMINUTO, la Universidad del Atlántico y la Universidad Nacional de Colombia se realiza el artículo “Estudio comparativo de películas finas de ZnO dopadas con metales de transición (Cu y Co) para la fotodegradación del azul de metileno bajo radiación visible”, resultado de una investigación centrada en el mejoramiento de la calidad del agua, enfocándose en cinco principales Objetivos de Desarrollo Sostenible: Salud y bienestar; Agua limpia y saneamiento; Energías asequible y no contaminantes; Industria, Innovación e infraestructura y Ciudades y Comunidades Sostenibles.

Por medio de un proceso de pruebas en laboratorio, los autores de esta investigación se enfocaron en la modificación de materiales, en este caso el Óxido de Zinc (ZnO), a través de la adición de Cobre (Cu) y Cobalto (Co), pasando por el proceso de fotodegradación para llegar a la degradación de material orgánico contaminante en las aguas, aquí la degradación se realizó en Azul de Metileno. Esta investigación surge desde la preocupación por el uso de colorantes sintéticos de alta complejidad química en las industrias que llegan a contaminar las fuentes hídricas.

De acuerdo con el docente Hurtado, esta investigación representa una gran oportunidad para que UNIMINUTO se consolide como una universidad investigadora, trabajando en diferentes procesos de investigación que abarquen desde lo fundamental hasta lo práctico, para mostrar resultados específicos de lleguen a un impacto de las comunidades, además de demostrar la alta calidad investigativa de los docentes de la institución al alcanzar objetivos importantes y resultados concretos, representados en procesos de publicaciones científicas.

“Queremos estudiar materiales que nos permitan, de manera progresiva, avanzar en cómo podemos degradar sustancias orgánicas que se mantienen en el agua y dificultan su limpieza con el tiempo. Este proyecto está centrado en el mejoramiento de la calidad del agua, basándonos así en los Objetivos de Desarrollo Sostenible ya nombrados”. Asegura Hurtado. 

Asimismo, el docente resalta que, si bien esta investigación es el primer paso dentro de un proceso de desarrollos tecnológicos tangibles, tiene una alta importancia para las comunidades pues la generación y transferencia de nuevos conocimientos ayudan al desarrollo de tecnologías aplicables en las comunidades más necesitadas, en este caso, específicamente para la limpieza de aguas contaminadas de una forma más efectiva, rápida y de bajo costo.

A lo largo de este artículo resultado de investigación, los autores plantean la fotocatálisis solar como un proceso altamente efectivo para la degradación de contaminantes en el agua a través del uso de los rayos del sol. Destacan que, en el proceso de síntesis (creación de materiales en laboratorio), evidencian que el Óxido de Zinc (ZnO) es un material económico y fácil de producir. Sin embargo, por sus características fisicoquímicas, el ZnO no responde de manera óptima ante los rayos del sol para la degradación de residuos; así, este estudio comparativo se centra en la experimentación a través de un proceso de dopaje (agregar o impregnar un compuesto a otro para cambiar sus propiedades) de películas delgadas de 2 cm por 2 cm de ZnO en Cobre (Cu) y en Cobalto (Co), por separado, aplicando luz solar para activar los materiales y ver si las moléculas contaminantes se comienzan a degradar.

Para esto, los autores hacen una modificación de la estructura molecular del Óxido de Zinc, incorporando átomos de los otros dos componentes para ver cómo estos materiales pueden absorber la luz del sol y cómo sus electrones se mueven para permitir un proceso de fotodegradación (degradación de moléculas de sustancias contaminantes en el agua). Y para la evaluación del comportamiento de estas sustancias, se hace uso de la técnica de espectroscopia Raman para la verificación del comportamiento a través de vibraciones.

De acuerdo con el docente investigador Mikel Fernando Hurtado “el agua es uno de los recursos naturales que más debemos estudiar y preservar, y encontrar formas de usarlo, reutilizarlo y distribuirlo de una mejor manera. [Con esta investigación] se quisiera llegar a que las comunidades, por ejemplo, contaran con un tanque de efecto fotocatalítico, con estos materiales en su interior, aprovechando la luz del sol para degradar de forma eficiente la materia orgánica que puede contaminar el agua, disminuyendo el costo en la purificación del agua y poder distribuirla nuevamente.”

Como conclusión de esta investigación, se destaca que sí es factible hacer la modificación de la estructura de materiales semiconductores como el Óxido de Zinc a través del proceso de dopaje, creando nanoestrucutras para que la transferencia de electrones sea más eficiente, aprovechando la luz del sol para la degradación de sustancias en menor tiempo. Los autores destacan que, después del estudio, lograron llegar a una eficiencia de degradación de un 62.6 % para las películas de ZnO impregnadas con Cobalto y un 42.5 % para las que impregnadas con cobre lo que, comparativamente con otros estudios, manifiesta hallazgos innovadores.

Hurtado destaca que, con este proyecto, quieren demostrar que sí es posible que los docentes realicen investigaciones de peso sin necesidad de convocatorias, grandes presupuestos o falta de instrumentación; la búsqueda de cooperación interinstitucional se vuelve, entonces, indispensable para hacer tangibles las investigaciones. Por otro lado, resalta que sería ideal el fortalecimiento de los grupos de investigación o incluso llegar a la creación de grupos de excelencia en donde investigadores interdisciplinares puedan llevar las investigaciones a niveles más altos, generando mayor impacto. Finalmente, a corto plazo, el docente afirma que se están trabajando en otras publicaciones en temas de investigación de materiales en donde se pueda desarrollar más a profundidad los hallazgos innovadores presentados en esta publicación.

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