La gestión eficiente del agua se vuelve fundamental ante el aumento de la demanda y la disminución de los recursos disponibles. La contaminación del agua proveniente de diversas fuentes, plantea un desafío adicional que demanda soluciones innovadoras y sostenibles. En este escenario, los Procesos de Oxidación Avanzada (POA) emergen como verdaderos héroes ambientales al desempeñar un papel crucial en el tratamiento y la reutilización sostenible del agua. Los POA son métodos en los que se producen especies altamente oxidantes, como los radicales hidroxilos, el peróxido de hidrógeno y el ozono.

1. Revista - Divulgación de Ciencia y Educación
Enero – Abril 2024, Vol. 2, No. 1
17
Fotocatálisis y residuos en el tratamiento de agua
Odín Reyes-Vallejo,1
Rocío Magdalena Sánchez-Albores,2
Wilbert Montejo-López 3
POA en el tratamiento de agua
La gestión eficiente del agua se vuelve fundamental
ante el aumento de la demanda y la disminución de
los recursos disponibles. La contaminación del
agua proveniente de diversas fuentes, plantea un
desafío adicional que demanda soluciones
innovadoras y sostenibles. En este escenario, los
Procesos de Oxidación Avanzada (POA) emergen
como verdaderos héroes ambientales al
desempeñar un papel crucial en el tratamiento y la
reutilización sostenible del agua. Los POA son
métodos en los que se producen especies
altamente oxidantes, como los radicales hidroxilos,
el peróxido de hidrógeno y el ozono. Estas especies
oxidan y descomponen diversos compuestos
orgánicos persistentes (COP) en compuestos más
simples, menos tóxicos y biodegradables.
Usualmente, este proceso de degradación se
conoce como mineralización, cuando los
contaminantes se degradan hasta su
transformación en CO2, H2O y sales minerales.
Técnicas como la fotocatálisis, la ozonización, la
electro-oxidación, la oxidación con peróxido de
hidrógeno y la radiación ultravioleta avanzada son
ejemplos de POA. Es importante entender que
algunas técnicas que utilizan POA presentan
limitaciones. Por ejemplo, algunas requieren una
gran cantidad de energía, especialmente si se usa
radiación ultravioleta. Otras, a veces necesitan
materiales específicos de alto costo debido a su
escasez, y los procesos para desarrollar los
catalizadores pueden ser complicados o peligrosos
para el ambiente. Por ello, es crucial desarrollar
procesos y materiales de bajo costo, más
amigables con el ambiente y usando energía solar
cuando sea posible.
Una alternativa sustentable
La fotocatálisis es un proceso donde se emplean
semiconductores y luz para desencadenar
reacciones químicas complejas. Un semiconductor
tiene propiedades intermedias entre un conductor
eléctrico y un aislante, y puede cambiar su
conductividad eléctrica bajo ciertas condiciones,
como la exposición a la luz o un campo eléctrico.
Cuando los semiconductores están sumergidos en
agua contaminada, actúan como fotocatalizadores
al absorber la luz y generar especies altamente
oxidantes, como superóxidos (O2
•−
) e hidroxilos
(HO•), a través de procesos de oxidación y
reducción. Estos procesos implican la extracción y
donación de electrones, tanto del agua como del
oxígeno disuelto, como se muestra en la figura 1.
Como resultado, se produce la degradación o
mineralización de compuestos orgánicos como
colorantes, fármacos y pesticidas,
transformándolos en compuestos menos nocivos.
Además, la fotocatálisis puede reducir metales
pesados como el plomo, cromo y arsénico. También
es efectiva para eliminar microorganismos como la
bacteria Escherichia coli, principal causante de
problemas estomacales. Este último proceso se
logra mediante la oxidación de lípidos y proteínas
en la pared celular de los microorganismos, lo que
causa daños severos y resulta en su muerte.
Figura 1. Degradación de contaminantes a través
de un proceso de fotocatálisis.
Algunos semiconductores, como el óxido de
titanio (TiO2), el óxido de zinc (ZnO), el vanadato de
bismuto (BiVO4) y el óxido de calcio (CaO), son
efectivos para degradar contaminantes mediante
fotocatálisis. Sin embargo, los métodos
tradicionales para obtener estos materiales
pueden ser peligrosos y tóxicos, lo que limita su
producción a gran escala y presenta desafíos en
seguridad y sostenibilidad.

2. Revista - Divulgación de Ciencia y Educación
Enero – Abril 2024, Vol. 2, No. 1
18
Una revolución silenciosa
La química verde busca alternativas de síntesis
más sostenibles, minimizando residuos y utilizando
materiales menos tóxicos, priorizando la seguridad
ambiental. Por ejemplo, emplea residuos
agroindustriales en la elaboración de productos.
La síntesis de semiconductores para la fotocatálisis
utilizando residuos es una estrategia innovadora y
respetuosa con el ambiente en el tratamiento del
agua. Un ejemplo es el uso de cáscaras de frutas
ricas en fitoquímicos, como las de naranja. Estas
cáscaras se han empleado con éxito en la síntesis
de óxido de grafeno (GO) en combinación con ZnO
(figura 2), logrando una mayor eficiencia en la
degradación fotocatalítica de colorantes que el
ZnO sintetizado convencionalmente con reactivos
químicos peligrosos.
Figura 2. Síntesis de ZnO-GO empleando cáscara
de naranja.
Este enfoque no solo contribuye a la gestión de
residuos, sino que también resulta más efectivo y
seguro en el tratamiento de aguas contaminadas.
Además, reduce significativamente los costos de
producción al sustituir reactivos por residuos,
muchos de los cuales son de bajo costo o gratuitos,
lo que supone un avance importante hacia la
sostenibilidad en el tratamiento del agua. Es
esencial considerar varias limitaciones al escalar
procesos que emplean residuos en la síntesis de
semiconductores para fotocatálisis. Una de ellas es
el manejo de los residuos desde su producción
hasta su utilización en la síntesis, que puede
requerir pretratamiento en algunos casos. Además,
la variación química de los compuestos activos en
los residuos, influenciada por su origen y
temporada de producción, dificulta la
estandarización del proceso de síntesis y las
propiedades de los materiales resultantes. La
disponibilidad de los residuos también es crítica, ya
que puede haber fluctuaciones estacionales en su
producción, y se deben preferir aquellos que no se
estén utilizando para otros fines específicos para
evitar competencias de mercado que incrementen
los costos. Estas consideraciones son
fundamentales al escalar procesos que utilizan
residuos, garantizando así su viabilidad y
efectividad en aplicaciones a gran escala.
Residuos: un poderoso recurso
La conversión de cascarones de huevo en
semiconductores útiles para la degradación de
contaminantes destaca como un ejemplo
sobresaliente. El cascarón, rico en calcio, se
transforma en CaO mediante un proceso de
calcinación convencional. Investigaciones han
evidenciado que el CaO es altamente eficaz para
descomponer compuestos orgánicos cuando se
expone a luz visible. Varios informes han
confirmado que el CaO derivado de cascarones de
huevo es capaz de eliminar por completo diversos
colorantes, incluido el azul de metileno utilizado en
la industria textil (figura 3).
Figura 3. Fotodegradación del colorante azul de
metileno mediante el catalizador CaO a partir de
cascarón de huevo.
Un futuro “verde”
Este enfoque promueve una gestión consciente de
desechos y resalta el papel de la ciencia y la
tecnología en la resolución de problemas
ambientales. Además de las cáscaras de naranja y
los cascarones de huevo, se han investigado otros
residuos agroindustriales para sintetizar
semiconductores fotocatalíticos. Por ejemplo, se ha
estudiado el uso de desechos fisiológicos como la
orina de vaca en la producción de

3. Revista - Divulgación de Ciencia y Educación
Enero – Abril 2024, Vol. 2, No. 1
19
semiconductores como ZnO, BiVO4 y g-C3N4 para
degradar contaminantes en aguas residuales.
También se han investigado residuos de semillas de
café, cáscaras de plátano y cítricos para sintetizar
semiconductores con propiedades fotocatalíticas.
El uso de residuos agroindustriales en el
tratamiento de agua residual es crucial para la
sostenibilidad y la preservación del agua. Este
enfoque destaca la necesidad de colaboración
entre disciplinas científicas y tecnológicas para
encontrar soluciones que beneficien al medio
ambiente y a la conservación del agua.
Palabras clave: procesos de oxidación avanzada;
tratamiento de agua; fotocatálisis;
aprovechamiento de residuos.
1 Odín Reyes Vallejo: Doctor en ingeniería en
energía por la UNAM. Posdoctorante en CINVESTAV
Unidad Zacatenco en la Sección de Electrónica de
Estado Sólido en Ciudad de México.
Contacto: odin.reyes.v@cinvestav.mx
2 Rocío Magdalena Sánchez Albores: Doctora en
Materiales y Sistemas Energéticos Renovables por
la Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas,
adscrita a la Universidad Autónoma de Chiapas.
Contacto: magdalena.sanchez@unach.mx
3 Wilber Montejo López: Doctor en Neurobiología
Celular y Molecular por el Cinvestav en el
departamento de Fisiología Biofísica y
Neurociencias, adscrito a la Universidad Autónoma
de Chiapas.
Contacto: wilber.montejo@unach.mx
Lecturas recomendadas
Durán-Álvarez, Juan Carlos, Avella, Edwin, &
Zanella, Rodolfo. (2015). Descontaminación de
agua utilizando nanomateriales y procesos
fotocatalíticos. Mundo nano. Revista
interdisciplinaria en nanociencias y
nanotecnología, 8(14), 17-39. Epub 28 de mayo de
2021.
https://doi.org/10.22201/ceiich.24485691e.2015.14.52
510.https://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sc
i_arttext&pid=S2448-56912015000100017
Jaiswal, K. K., Dutta, S., Pohrmen, C. B., Verma, R.,
Kumar, A., & Ramaswamy, A. P. (2021). Bio-waste
chicken eggshell-derived calcium oxide for
photocatalytic application in methylene blue dye
degradation under natural sunlight irradiation.
Inorganic and Nano-Metal Chemistry, 51(7), 995-
1004. https://doi.org/10.1080/24701556.2020.1813769
López Ramírez, M. Á., Castellanos Onorio, O. P.,
Lango Reynoso, F., Castañeda Chávez, M. D. R.,
Montoya Mendoza, J., Sosa Villalobos, C. A., & Ortiz
Muñiz, B. (2021). Oxidación avanzada como
tratamiento alternativo para las aguas residuales.
Una revisión. Enfoque UTE, 12(4), 76-87.
http://scielo.senescyt.gob.ec/scielo.php?pid=S139
0-65422021000400076&script=sci_arttext
Sánchez-Albores, R., Cano, F. J., Sebastian, P. J., &
Reyes-Vallejo, O. (2022). Microwave-assisted
biosynthesis of ZnO-GO particles using orange
peel extract for photocatalytic degradation of
methylene blue. Journal of Environmental
Chemical Engineering, 10(6), 108924.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii
/S2213343722017973
Recibido: febrero 07 de 2024
Aceptado: marzo 16 de 2024
Publicado: mayo 10 de 2024