Pastas cemento-agua con nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2) dopadas con plata (Ag) para la degradación de contaminantes y la inhibición de microorganismos

Abstract

Pollution is currently on the rise due to population growth and anthropogenic activities, which increase pollution levels. This pollution not only affects central areas of cities but also has repercussions on the buildings in which we live. Various studies have been conducted to mitigate the consequences and repercussions of pollution on living beings. One of these is the use of advanced oxidation processes for the degradation of pollutants. One of the pillars of these processes is heterogeneous photocatalysis, in which the use of a catalyst helps to mineralize the pollutant into simple compounds. One of the most widely used catalysts is titanium dioxide (TiO2), which acts by using ultraviolet (UV) light to generate oxidation-reduction reactions that break down various pollutants and microorganisms. To improve the efficiency of this material, different elements have been used to increase light absorption and photocatalytic affinity. Silver (Ag), an element with antibacterial properties, has proven to be one of the most efficient in improving the properties of titanium dioxide (TiO2). This research explores the incorporation of silver-doped titanium dioxide nanoparticles into cementitious matrices for use in coatings. Silver-doped titanium dioxide at 4% (TiO2:4%Ag) was incorporated in various percentages to analyze its chemical and mechanical behavior, as well as its efficiency in degrading pollutants and eliminating microorganisms. Structural characterizations were performed using XRD to determine the catalyst phase. Its mechanical properties were also evaluated using ultrasonic pulse velocity (UPV), and the photocatalytic tests consisted of the degradation of methylene blue and acid blue 9 dyes. Reference E. coli was used for the antimicrobial tests.

La contaminación actualmente va en incremento debido al crecimiento de la población y a las actividades antropogénicas, que elevan los índices de contaminación. Esta contaminación no sólo afecta a las zonas centrales de las ciudades, sino que también tiene repercusiones en las edificaciones en las cuales habitamos. Se han realizado diversas investigaciones tratando de aminorar las consecuencias y repercusiones que la contaminación genera a los seres vivos. Una de ellas es el uso de procesos de oxidación avanzada para la degradación de contaminantes. Uno de los pilares de esos procesos es la fotocatálisis heterogénea, en la cual el uso de un catalizador ayuda a la mineralización del contaminante en compuestos simples. Uno de los catalizadores más usados es el dióxido de titanio (TiO2), el cual actúa utilizando la luz ultravioleta (UV) para generar reacciones de óxido-reducción que descomponen los diversos contaminantes y microorganismos. Para mejorar la eficiencia de este material, se ha usado diferentes elementos para incrementar la absorción de luz y la afinidad fotocatalítica. La plata (Ag), un elemento con propiedades antibacterianas ha demostrado ser uno de los más eficientes en la mejora de las propiedades del TiO2. En ese trabajo de investigación se explora la incorporación de nanopartículas de TiO2 dopadas con Ag en matrices cementicias para su uso en recubrimientos. Se incorporó TiO2 dopado con Ag al 4% (TiO2:4%Ag) en diversos porcentajes, con el objetivo de analizar su comportamiento químico y mecánico, así como su eficiencia en la degradación de contaminantes y la eliminación de microorganismos. Se realizaron caracterizaciones estructurales por medio de DRX para conocer la fase del catalizador. Asimismo, se evaluaron sus propiedades mecánicas mediante velocidad de pulso ultrasónica (VPU), y las pruebas fotocatalíticas consistieron en la degradación de los colorantes azul de metileno (AM) y azul ácido 9 (AA9). Para las pruebas antimicrobianas se usó E. coli de referencia.