La fotocatálisis, esto es, la aceleración de una reacción química utilizando la energía suministrada por la luz, presenta un gran potencial para la eliminación de determinados contaminantes gaseosos, tales como compuestos orgánicos volátiles (VOCs, por sus siglas en inglés) u óxidos de nitrógeno (principalmente NO y NO2, designados como NOx). Concretamente, el dióxido de titanio (TiO2) es uno de los principales materiales utilizados para este tipo de aplicaciones, dado su relativamente bajo coste, inocuidad, estabilidad y actividad fotocatalítica, la cual a su vez dependerá de diferentes parámetros tales como la estructura cristalina, la morfología de la superficie, el tratamiento térmico aplicado o la superficie específica. Asimismo, dada su estructura electrónica, esto es la distribución de estados electrónicos formando bandas, el TiO2 es un material semiconductor capaz de absorber radiación UV, generándose especies radicalarias en la superficie del sólido, altamente reactivas, que atacan a las moléculas de los contaminantes descomponiéndolas (Schneider et al., 2014).
Las emisiones de NOx, procedentes principalmente de la quema de combustibles, contribuyen a la lluvia ácida y a la formación de ozono a nivel del suelo, ocasionando daños graves en los ecosistemas y, en el caso de los seres humanos, problemas respiratorios. Además, los NOx pueden reaccionar para formar óxido nitroso (N2O), un gas de efecto invernadero, contribuyendo así al calentamiento global. En este sentido, se han desarrollado diversas técnicas fotocatalíticas para la eliminación de estos compuestos de la atmósfera, ya sea a través de la reducción de los NOx, formando N2, o bien mediante su oxidación, transformándolos en ácido nítrico (HNO3) o iones nitrato (NO3–) (Lasek et al., 2013).
Con respecto a esto, existen numerosos casos de estudio sobre la aplicación de materiales fotocatalíticos en el espacio urbano con el fin de reducir la concentración de NOx en las ciudades, con la consiguiente mejora en la calidad del aire. En su gran mayoría, estas soluciones se basan en la incorporación de TiO2 en distintos elementos tales como pavimento, fachadas o mobiliario urbano, tal y como se recoge en el Libro blanco de la fotocatálisis, elaborado por la Asociación Ibérica de la Fotocatálisis (AIF). El mecanismo de descomposición fotocatalítica de NOx en la superficie del TiO2 ha sido estudiado de forma extensiva por numerosos autores. Una de las propuestas más aceptadas consiste en la oxidación radicalaria de NOx, en la que interviene el agua y la luz UV, formándose una capa HNO3 que se deposita en la superficie del catalizador y que debe retirarse mediante limpieza o con la propia agua de lluvia con el fin de no deteriorar su eficiencia (Russell et al., 2021).
El rendimiento del proceso de eliminación de NOx empleando materiales fotocatalíticos, como ocurre con el TiO2, se determina según la norma UNE-ISO 22197-1. En líneas generales, el ensayo consiste en la exposición de probetas del material objeto de estudio a un aire contaminado modelo, rico en NO, bajo iluminación UV. A este respecto, el Instituto de Tecnología Cerámica (ITC) ha sido acreditado recientemente por la Entidad Nacional de Acreditación (ENAC) para la realización de estos ensayos.
Imagen: Actividad fotocatalítica del TiO2
Fuente: Catalysts