Síntesis y estudio de un material híbrido quitosano-nanoesferas de TiO2 para remover naranja de metilo en medio acuoso acoplando procesos de fotocatálisis heterogénea

Abstract

Water pollution is caused by the presence of methyl orange (MN), which is a toxic and persistent compound used in industries such as textiles and pharmaceuticals. This is a serious risk to human health and ecosystems because its structure releases carcinogenic amines, which requires innovative solutions for its removal. Thus, this study proposes the development of a hybrid chitosan membrane containing TiO2 nanospheres, produced by electrospinning, which generates a material with photocatalytic properties capable of degrading NM efficiently and sustainably. To obtain it, TiO2 nanospheres (25 nm in diameter) were synthesized by sol-gel doping electro spun chitosan membranes with a chitosan-PVA ratio of 30:70. The TiO2-doped membranes showed a photocatalytic activity above 90% under UV light, with efficiencies increasing to 90.73%, 91.78% and 93.23% with increasing nanoparticle concentration from 1%, 3% to 5% w/v, respectively. On the other hand, the doped films maintained a constant catalytic process of 96%. This demonstrates that the combination of chitosan and TiO2 is an effective and sustainable solution for the removal of pollutants such as NM, overcoming the limitations of conventional methods, which represents a significant advance in the treatment of water contaminated with toxic compounds.

La contaminación del agua se da por la presencia del naranja de metilo (NM), el cual es un compuesto tóxico y persistente utilizado en industrias como la textil y farmacéutica. Esto es un grave riesgo para la salud humana y los ecosistemas, debido a que su estructura libera aminas carcinogénicas, lo que exige soluciones innovadoras para su remoción. Así, este estudio propone el desarrollo de una membrana híbrida de quitosano conteniendo nanoesferas de TiO2, producidas por electrohilado; lo que genera un material con propiedades fotocatalíticas capaz de degradar el NM de manera eficiente y sostenible. Para su obtención, se sintetizaron nanoesferas de TiO2 (25 nm de diámetro) por sol-gel, que doparon membranas de quitosano electrohiladas con una relación quitosano-PVA de 30:70. Las membranas dopadas con TiO2 mostraron una actividad fotocatalítica superior al 90% bajo luz ultravioleta, con eficiencias que aumentaron a 90.73%, 91.78% y 93.23% con el incremento en la concentración de las nanopartículas de 1%, 3% a 5% p/v, respectivamente. Por otro lado, las películas dopadas mantuvieron un proceso catalítico constante del 96%. Esto demuestra que la combinación de quitosano y TiO2 es una solución efectiva y sostenible para la remoción de contaminantes como el NM, superando las limitaciones de los métodos convencionales, lo que representa un avance significativo en el tratamiento de aguas contaminadas con compuestos tóxicos.