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INMOVILIZACIÓN FOTOINDUCIDA DE NANOESTRUCTURAS DE TIO2 DOPADAS CON NITRÓGENO SOBRE UNA MATRIZ POLIMÉRICA Y SU APLICACIÓN COMO SUPERFICIES BACTERICIDAS

 

INVESTIGADOR(ES) PRINCIPAL(ES):

NOMBRE
DEDICACIÓN

Hoover Albeiro Valencia Sanchez

4 horas

 

CODIGO CIE

9-18-2

NOMBRE DEL GRUPO DE INVESTIGACIÓN

GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN FOTOCATÁLISIS Y ESTADO SÓLIDO (GIFES)

INTEGRANTES DEL PROYECTO

NOMBRE
PARTICIPACION
DEDICACIÓN

Julián Andrés Rengifo Herrera

Coinvestigador

0 Horas

Daniel Humberto Pais Ospina

Estudiante

0 Horas

Jose Ignacio Moncayo Ortiz

Coinvestigador

0 Horas

Alejandra García Barco

Estudiante

0 Horas

Estefania Vélez Peña

Estudiante

0 Horas

 

TIPO DE CONVOCATORIA

2017. Décimoprimera Convocatoria

TIPO DE PROYECTO

Investigación Aplicada

OBJETIVO(S)

Objetivo General: Estudiar a escala de laboratorio la preparación de superficies poliméricas bactericidas basadas en nanotubos de TiO2 dopados con nitrógeno, usando una técnica fotocatalítica poco explorada. Objetivos específicos: 1) Sintetizar nanotubos de TiO2 modificados con urea a través del método sol-gel y caracterizarlos por diferentes técnicas instrumentales. 2) Inmovilizar los nanotubos de TiO2 modificados con urea sobre polietileno usando una técnica fotocatalítica. 3) Evaluar la capacidad bactericida foto-inducida de estos materiales utilizando una cepa de Escherichia coli bajo diferentes tipos de irradiación. 4) Estudiar las características fisicoquímicas de las películas poliméricas con mayor actividad bactericida foto-inducida utilizando diferentes técnicas instrumentales.

RESUMEN

Durante el desarrollo del proyecto, se logró sintetizar nanomateriales de TiO2 conteniendo heterouniones con nitruro de carbono grafitico (g-C3N4), los cuales presentaron absorción de luz UV y visible. Estos materiales fueron extensivamente caracterizados utilizando diversas técnicas analíticas como espectroscopia de reflectancia difusa (DRS), espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier (FT-IR), difracción de rayos X (DRX), adsorcióndesorción de nitrógeno y espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS). Posteriormente, estos materiales fueron inmovilizados utilizando técnicas convencionales tipo casting y novedosas (fotocatalíticas) sobre películas poliméricas de polietileno de baja densidad y un biopolímero como el quitosano. Dichos filmes también fueron profundamente caracterizados a través de técnicas analíticas previamente mencionadas como FT-IR, XPS y DRS y de técnicas de microscopia como microscopia electrónica de barrido (SEM) y microscopia de fuerza atómica (AFM). Los materiales TiO2/g-C3N4 fueron también inmovilizados sobre polietileno de baja densidad a través de un novedoso procedimiento fotocatalítico en el cual se expone el filme de polímero a una suspensión acuosa de las nanopartículas irradiada con luz UV-A. La irradiación induce en las nanopartículas la generación de formas reactivas de oxígeno (FRO) que funcionalizan la superficie del polímero permitiendo una fácil interacción entre esta y las nanopartículas logrando así su inmovilización. Los filmes obtenidos fueron evaluados como superficies autolimpiantes y antimicrobianas bajo irradiación UV-A y visible, además de usar iluminmovilizacióinación de interiores (luz blanca). Bajo irradiación UV-A, los filmes de quitosano y polietileno de baja densidad conteniendo nanopartículas TiO2/g-C3N4 presentaron una excelente actividad autolimpiante, utilizando manchas del colorante verde de malaquita como molécula prueba. Se logro determinar que, bajo este tipo de irradiación, la generación de radicales hidroxilo ( ¿OH) altamente oxidantes fue responsable de la eliminación de la mancha. Por su parte, bajo irradiación visible, se evidencio la inducción de un fenómeno fotocatalítico, en dónde el g-C3N4 fue altamente activo, gracias a su importante absorción de este tipo de irradiación, logrando la generación de ¿OH (en menor medida) y de oxígeno singlete (mayoritariamente). Ambas FROs fueron las responsables de la eliminación del colorante. Finalmente, se evaluó la actividad de estos filmes bajo irradiación de interiores o luz blanca. Esta vez también se utilizaron manchas de verde de malaquita y células de Staphylococcus aureus para estudiar las propiedades autolimpiantes y antimicrobianas respectivamente. Los filmes de quitosano-TiO2/g-C3N4 mostraron una importante capacidad autolimpiante pudiendo eliminar manchas de verde de malaquita luego de 72 h de continua irradiación blanca. Por otro lado, se observó que estas películas bajo irradiación de interiores lograron una eliminación de células de Staphylococcus aureus del 99.99% luego de 3 horas. Se postuló que las FROs como el radical ¿OH o el oxígeno singlete serían los responsables de la inactivación bacteriana observada pues es bien conocido que ambas FROs son tóxicas y letales para los microorganismos. Por otro lado, experimentos de reúso del material lograron evidenciar que este fue altamente activo luego de 20 días continuos de irradiación con luz blanca. Este trabajo permitió lograr avances interesantes en el entendimiento de como preparar nanopartículas modificadas de TiO2 con absorción de luz visible y su aplicación en la fabricación de filmes que pueden ser utilizados en espacios intrahospitalarios y garanticen superficies libres de bacterias contribuyendo así a generar desarrollos tecnológicos que permitan su potencial aplicación a la solución de problemas que comúnmente nuestra sociedad enfrenta. Los productos científicos de este proyecto fueron 4 publicaciones en revista

ESTADO

Concluye Satisfactoriamente

FECHA DE INICIO

22/01/2018

FECHA DE FINALIZACION

22/01/2020

PRODUCTOS

NOMBRE
CATEGORÍA
ENLACE

Degradation study of malachite green on chitosan films containing heterojunctions of melon/TiO2 absorbing visible-light in solid-gas interfaces

Artículos en revista A1 ó A2


URL

Nanotubos de TiO2 modificados con urea e inmovilizados sobre polietileno de baja densidad con capacidad autolimpiante fotoinducida con luz visible

Trabajo de grado de pregrado

Preparación de materiales con propiedades autolimpiantes y bactericidas foto-inducidas basados en TiO2 modificado con urea inmovilizado en quitosano

Trabajo de grado de pregrado

Preparación y propiedades catalíticas de ilmenitas reducidas de NiTiO3 dopadas con Pd para la hidrogenación selectiva de nitro compuestos

Trabajo de grado de pregrado

Self-cleaning and antimicrobial photo-induced properties under indoor lighting irradiation of chitosan films containing Melon/TiO2 composites

Artículos en revista A1 ó A2


URL

Síntesis de nanotubos de TiO2 y TiO2 dopado mediante el método hidrotérmico con aplicaciones en tratamientos fotocatalíticos

Trabajo de grado de pregrado

Síntesis y caracterización de catalizadores bimetálicos de Ni-Co soportados sobre La y Ce a partir de perovskitas para la producción de hidrógeno mediante reformado de etanol

Trabajo de grado de pregrado

TiO2 nanoestructurado, modificado con urea e inmovilizado sobre polietileno de baja densidad con capacidad autolimpiante fotoinducida con luz visible¿

Ponencia en evento especializado