Estudio de la melanina como fotocatalizador para la degradación de colorantes: Rodamina B

Abstract

"Los procesos fotocatalíticos han sido considerados como un proceso verde emergente dado los diferentes propósitos en que se les ha usado, especialmente en el tratamiento de compuestos recalcitrantes. Actualmente, algunas investigaciones han sido dirigidas a la utilización de semiconductores capaces de aprovechar la luz solar. En este sentido, cobra especial interés el estudio de la melanina, un biopolímero considerado semiconductor orgánico que se cree podría ser potencialmente utilizado en dichos procesos debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas, tales como su fuerte absorción de luz en el intervalo UV-vis, marcadas propiedades redox y de fotorecepción. Por lo anterior, en la presente tesis se abordó el estudio de la melanina como fotocatalizador en la degradación del colorante Rodamina B (RhB) y la síntesis de compositos con base en melanina para su evaluación en la fotodegradación de dicho colorante. En la primera parte del estudio se caracterizó la melanina a través de la determinación de su Punto de Carga Cero (PCC), análisis de Espectroscopía de Absorción en el Infrarrojo (FTIR), mediciones de Conductividad de Microondas Resueltas en el Tiempo (TRMC), y además se evaluó su capacidad de adsorber RhB y su fotosensibilidad. Dichas pruebas evidenciaron que en la melanina predominaron principalmente cargas negativas, las cuales favorecieron la adsorción del colorante. Además, los resultados de la pruebas de degradación de RhB mostraron que la melanina fue capaz de actuar como fotocatalizador en condiciones de luz UV y luz visible. Así mismo, se observó que el uso del 2-propanol aceleró la fotodegradación de la RhB, alcanzando, en 100 min, el 96 y 85% de degradación del colorante bajo iluminación UV y luz visible, respectivamente. En la segunda parte del estudio, se sintetizaron compositos con base en melanina y una matriz polimérica acrílica. Los materiales obtenidos fueron caracterizados por FTIR, Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), determinación de PCC, observaciones morfológicas por Microscopia Electrónica de Barrido (SEM) e isotermas de adsorción de RhB. La inclusión de la melanina en los compositos fue homogénea y con una máxima capacidad de sorción de 183 mg RhB/g; sin embargo, los materiales no mostraron actividad fotocatalítica de RhB bajo iluminación UV en las condiciones experimentales utilizadas. Finalmente, esta investigación muestra que es posible utilizar a la melanina como fotocatalizador en la fotodegradación de RhB aprovechando la luz solar."

"Photocatalytic processes can be considered as one of the emerging green processes because have been employed for different purposes, especially for treatment of recalcitrant compounds. Nowadays, the efforts in this area have been focused in using semiconductors able to use natural sunlight like energy source. Related to this subject, the melanin is a biopolymer considered an amorphous semiconductor; it exhibits a strong and broad absorption band in ultra violet-VIS (UV-VIS) range and marked redox properties. Hence, it could have potential application like photocatalyst for contaminant degradation. Therefore, in this thesis the photocatalytic behavior of the melanin was studied by the degradation of Rhodamine B (RhB), as model pollutant. In addition, composites based in melanin were evaluated for RhB photodegradation. In the first part, melanin was characterized by determination of their Potential Zero Charge (PZC), Infrared Spectroscopy (FTIR), TRMC measurements (Time-Resolved Microwave Conductivity), its ability to absorb RhB and photosensibility. The results showed that the melanin had predominantly negative charges then the dye RhB was absorbed on it. Afterwards, photodegradation test of RhB showed that melanin had ability to act like photocatalyst under UV and visible illumination. Besides, the photocatalytic degradation of dye was accelerated with addition of propan-2-ol, almost complete degradation of RhB, after 100 min under UV light (92%) and under visible light (85%). In the second part, composites based on melanin and polymeric acrylic matrix were synthesized. The obtained materials were characterized by infrared spectroscopy, Differential Scanning Calorimetry (DSC), PZC, Scanning Electronic Microscopy (SEM). In addition, adsorption isotherms for RhB were obtained. Even when the inclusion of melanin, in the composite, was homogeneous and they show able to absorb RhB (183 mg RhB/g), these materials no showed any photocatalytic activity under UV light. This research shows that melanin can be used like photocatalyst during the photodegradation of RhB under natural sunlight."