Ozonización fotocatalítica usando BiOCl/CuO para la remoción de residuos farmaceuticos presentes en aguas

Abstract

La creciente presencia de residuos farmacéuticos en cuerpos de agua representa una problemática ambiental debido a la limitada capacidad de las plantas de tratamiento convencionales para eliminar este tipo de contaminantes. Entre ellos, el paracetamol destaca por su elevado consumo y frecuente detección en efluentes, lo que ha impulsado el desarrollo de tecnologías avanzadas para su degradación. El objetivo de esta memoria fue evaluar la eficiencia del proceso de ozonización fotocatalítica utilizando una heteroestructura BiOCl/CuO para la degradación de paracetamol en medio acuoso. Para ello, la heteroestructura fue sintetizada mediante el método de coprecipitación y caracterizada mediante diferentes técnicas fisicoquímicas, las cuales confirmaron la formación de una heterounión con propiedades estructurales, morfológicas, ópticas y superficiales adecuadas para aplicaciones fotocatalíticas. Posteriormente, las condiciones de operación ozono fotocatalítico [cantidad de catalizador, pH] se optimizaron mediante un Diseño Central Compuesto (CCD), evaluando el efecto del pH y de la concentración del catalizador sobre la degradación inicial del paracetamol. El análisis estadístico permitió establecer como condiciones optimizadas en un tiempo de 2 minutos un pH de 6 y una concentración de 1200 ppm de heteroestructura BiOCl/CuO. La comparación entre la ozonización convencional, fotocatálisis heterogénea y la ozonización fotocatalítica evidenció que la incorporación de la heteroestructura en conjunto con el ozono incrementa la velocidad inicial de degradación del paracetamol, resultado atribuido al efecto sinérgico entre el ozono y el fotocatalizador, que favorece la generación de especies reactivas de oxígeno y reduce la recombinación de los pares electrón-hueco. Además, la evaluación de reutilización (...).

The growing presence of pharmaceutical residues in water bodies is a significant environmental concern because conventional wastewater treatment plants have limited capacity to remove these contaminants. Among them, paracetamol (PCM) stands out because of its widespread consumption and frequent detection in effluents, driving the development of advanced technologies for its degradation. This study aimed to evaluate the efficiency of photocatalytic ozonation using a BiOCl/CuO heterostructure to degrade paracetamol in aqueous media. For this purpose, the heterostructure was synthesized by the coprecipitation method and characterized using various physicochemical techniques, which confirmed the formation of a heterostructure with structural, morphological, optical, and surface properties suitable for photocatalytic applications. Subsequently, the operating conditions of the photocatalytic ozonation process (heterostructure dosage and pH) were optimized using a Central Composite Design (CCD), evaluating the effects of pH and heterostructure concentration on PCM degradation in aqueous media. Statistical analysis established that, after 2 min of treatment, under the optimized conditions within the investigated range, the maximum degradation of the selected emerging contaminant was achieved at pH 6 and a BiOCl/CuO heterostructure concentration of 1200 ppm. The comparison among conventional ozonation, heterogeneous photocatalysis, and photocatalytic ozonation showed that incorporating the heterostructure with ozone increased the initial degradation rate of paracetamol. This result was attributed to the synergistic effect between ozone and the photocatalyst, which promotes the generation of reactive oxygen species and reduces electron–hole recombination. Furthermore, the reusability assessment (...).