Por Carlos Alberto Huerta Aguilar, Eduardo Daniel Tecuapa, Carlos Pérez y Pandiyan Thangarasu
El fenol es una sustancia que se encuentra en muchos productos que consumimos, desde resinas y fibras sintéticas hasta desinfectantes y antisépticos, como enjuagues bucales y pastillas para el dolor de garganta.
Este compuesto es altamente tóxico, puede llegar a producir quemaduras en la piel, daño en el hígado y arritmias. Comúnmente está presente en aguas residuales de la industria química, farmacéutica y de plásticos. Es difícil de degradar y resistente a los métodos tradicionales de tratamiento de agua.
Debido a esta situación, un equipo de investigadores del Tec de Monterrey y la UNAM diseñó un proceso mejorado, que aprovecha la luz, complejos de hierro y una química controlada para degradar el fenol de forma sostenible.
Un proceso fotoquímico mejorado
El proceso que proponemos se denomina Foto-Fenton, y está basado en la reacción Fenton clásica, que fue descubierta hace más de un siglo, y que utiliza iones de hierro (Fe²⁺) y peróxido de hidrógeno (H₂O₂) para producir radicales hidroxilo (•OH), los cuales atacan agresivamente a los contaminantes orgánicos. Sin embargo, esta reacción solo funciona en condiciones muy ácidas (pH ~3), lo que limita sus aplicaciones prácticas.
En nuestro estudio se exploran algunos complejos de hierro modificados, que estabilizan los estados de oxidación del hierro y permiten que el proceso funcione en condiciones más suaves, incluso a un pH neutro.
Al combinar esto con la exposición a luz ultravioleta, se aumenta la reactividad del sistema y la eficiencia en la eliminación de contaminantes, creando una versión potente y adaptable del método original.
El hallazgo más destacado: en ciertas condiciones, la degradación del fenol superó el 99% en tan solo 30 minutos, especialmente cuando se activaba el sistema con luz UV.
Procedimiento experimental con luz y hierro
El montaje experimental incluyó un fotorreactor de cuarzo personalizado, equipado con una lámpara de mercurio UV (de 254 nm). Esto permitió simular condiciones realistas de tratamiento y medir la contribución de la luz UV en el proceso de degradación.
Uno de los métodos más eficaces fue el uso de sales de hierro (Fe²⁺), aunque tenían una desventaja: funcionaban bien solo en ambientes muy ácidos. En cambio, otros compuestos de hierro, como el [Fe(terpy)Cl₃] y el K₃[Fe(CN)₆], lograron mantener su eficacia incluso en condiciones menos agresivas, lo que evitó problemas como la formación de residuos sólidos de hierro.
De estos dos compuestos de hierro, el segundo destacó por su buen desempeño en niveles de pH cercanos al neutro, es decir, similares a los del agua común. Aunque su nombre puede generar preocupación —porque contiene cianuro—, en este caso es importante aclarar que el compuesto es seguro, muy estable y no representa un riesgo en las condiciones del experimento.
Este trabajo ilustra cómo el diseño molecular cuidadoso y los procesos impulsados por luz pueden revolucionar la remediación ambiental.
La capacidad de operar cerca del pH neutro y con menores dosis de químicos abre la puerta a aplicaciones reales: unidades modulares de tratamiento, sistemas de purificación solares y soluciones asequibles para zonas rurales o sitios industriales.
Demanda de agua limpia
A medida que aumenta la demanda global de agua limpia y se endurecen las regulaciones ambientales, el desarrollo de tecnologías de tratamiento, que sean adaptables y ecológicas, se vuelve más urgente.
Los avances recientes en tratamientos fotoelectroquímicos de agua, nanocatálisis y purificación impulsada por energía solar marcan una tendencia clara: el futuro está en sistemas eficientes en energía, con baja huella ambiental y que se integren fácilmente con la infraestructura existente.
A partir de este estudio, los próximos trabajos explorarán la escalabilidad de estos sistemas Fenton modificados, utilizando la luz solar como fuente UV, el uso de complejos de hierro derivados de residuos y la integración de estos tratamientos en módulos de purificación descentralizados.
Estos esfuerzos se alinean con los principios de economía circular y la democratización del acceso al agua limpia, especialmente en regiones vulnerables y con escasos recursos.
Esta investigación se basa en los esfuerzos conjuntos del Tec de Monterrey y la UNAM en la línea de trabajo sobre catálisis verde y tratamiento sustentable del agua. Las colaboraciones internacionales incluyen a University College London, UT Austin y University of Calgary, en temas como producción de hidrógeno, flujos circulares de residuos y optimización del nexo Agua-Energía-Alimentos.
Referencias
- Ahuja, D. et al. (2007). Modified Fenton reaction for trichlorophenol dechlorination. Chemosphere.
- Babuponnusami, A. & Muthukumar, K. (2014). Review on Fenton and modified Fenton for wastewater treatment. J. Environ. Chem. Eng.
- Bautista, P. et al. (2008). Application of Fenton oxidation to industrial wastewater. J. Chem. Tech. Biotech.
- De Laat, J. et al. (2004). Effect of anions on decomposition of H₂O₂ in Fenton systems. Chemosphere.
- Kavitha, V., & Palanivelu, K. (2004). Role of Fe²⁺ in Fenton and Photo-Fenton for phenol. Chemosphere.
- Li, Y. et al. (2005). Kinetics of chelate-based Fenton reactions. Environ. Eng. Sci.
- Zazo, J. A. et al. (2005). Chemical pathway of phenol oxidation via Fenton. Environ. Sci. Technol.
- Zhang, F. et al. (2018). Biochar-catalyzed ozonation of phenol in wastewater. J. Environ. Mgmt.
- Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades. (2016). https://www.atsdr.cdc.gov/es/toxfaqs/es_tfacts115.html. ATSDR
Autores
Carlos Alberto Huerta-Aguilar. Profesor en el Tecnológico de Monterrey. Doctor en Ingeniería Ambiental, se especializa en catálisis impulsada por luz solar, valorización de residuos y química circular, tema con el que publicó «Química Verde: transformar residuos en nuevos negocios», en TecScience. Ha realizado estancias posdoctorales en Stanford y Texas A&M, y colidera proyectos internacionales sobre hidrógeno, biogás y agrovoltaica.
Pandiyan Thangarasu. Investigador titular y profesor en la Facultad de Química de la UNAM. Se enfoca en química de coordinación, sistemas catalíticos y estrategias verdes de remediación. Es reconocido por su trabajo en complejos metal-orgánicos y tecnologías avanzadas de oxidación, con colaboraciones en América Latina y Asia.
Eduardo Daniel Tecuapa Flores. Doctor en Ingeniería Ambiental por la UNAM, su línea de investigación se basa en el desarrollo de nuevos nanomateriales con aplicación ambiental, realizó dos estancias de investigación en el Indian Institute of Technology, Ropar, India; actualmente se encuentra realizando una estancia posdoctoral en la Universidad Politécnica del Valle de México y la UNAM por parte del SECIHTI.
Carlos Pérez Pliego. Realizó su licenciatura en Ingeniería Bioquímico Industrial en la Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa, y la Maestría en Ingeniería Ambiental por parte de la UNAM. Actualmente se desempeña como Supervisor de operación y mantenimiento en Aryeh Ingeniería del Agua S.A. de C.V.
