Oxidación fotocatalítica de fenol en solución acuosa

Abstract

En la selección del tratamiento para aguas de desecho (ya sea químico, biológico o métodos catalíticos), se debe de tomar en cuenta la toxicidad y concentración de contaminantes. Algunos autores han sugerido que la concentración de residuos debe ser alta para el uso de métodos de destrucción químicos, y para contaminantes no tóxicos y en bajas concentraciones, se sugiere el uso de bioprocesos. Sin embargo, en los últimos años, se ha visto que una combinación de ambos puede alcanzar una alta eficiencia en la eliminación de desechos industriales y agrícolas. Uno de los procesos más promisorios en la eliminación de contaminantes orgánicos, son los llamados procesos de oxidación avanzada, en los cuales muchos investigadores han centrado sus esfuerzos. Sin embargo y a pesar de la diversidad de estos métodos, muchos autores se han enfocado en el estudio de la fotocatálisis heterogénea y el uso de semiconductores como el TiO2 y sus diversas aplicaciones. En el transcurso de estas investigaciones, se ha comprobado que el TiO2 tiene muchas ventajas sobre los otros semiconductores. El TiO2 es muy usado en la industria, debido a que es químicamente estable, no tóxico y fácilmente absorbido por el medio ambiente. Actualmente, es usado como pigmento blanco en pinturas y cosméticos, en bloqueadores solares, en la fabricación de juguetes, de fibras ópticas, en el teñido de telas, etc. El TiO2, debido a su alta constante dieléctrica promete ser el material dieléctrico más interesante en la próxima generación. Como catalizador en la fotocatálisis heterogénea ha sido muy usado y estudiado, sin embargo el tipo de uso está fuertemente influenciado por su estructura cristalina, la morfología y la talla de las partículas En la elaboración de este trabajo se establece como objetivos la degradación fotocatalítica del fenol en solución acuosa a 40ppm, usando óxido de titanio comercial, la modificación de las características físico-químicas de estas muestras y modificar el ancho de banda prohibido del TiO2 modificado. Se alcanza una degradación máxima de 38.03% en 3 horas de radiación. A partir de este valor, se modifican 2 parámetros más: el pH y la posición de la lámpara. La posición de la lámpara se estandariza en la parte lateral del reactor donde se comprueba un rendimiento de iv 41.16%. El pH se establece en 4, donde existe una degradación de 51.8% en 5.5 horas de radiación. La siguiente etapa del trabajo fue la adición de un oxidante externo, en este caso, el peróxido de hidrógeno. Se establece que la concentración de 150 ppm de H2O2 aporta un rendimiento cuántico de 84.8% de eficiencia. Al finalizar este proyecto, se concluye que, de acuerdo a la bibliografía, los resultados obtenidos (84.8% usando H2O2) se acercan mucho a los obtenidos por otos investigadores. De las modificaciones hechas al TiO2 la de mejores resultados fue la mezcla física de TiO2- TiN agregando H2O2 en 100ppm fue la de mejor rendimiento cuántico, mientras que la modificación a la partícula de TiO2 hecha a partir del isopropóxido de titanio no se obtuvieron los resultados esperados, ya que la bibliografía reporta una eficiencia de 18%, mientras que en el proyecto se obtuvo una eficiencia del 18%. En lo referente a la última modificación hecha al sistema, el uso de luz visible en la degradación usando la mezcla TiO2-TiN, la degradación fue realmente baja y no fue representativa. Estos resultados se pueden atribuir a formación de subproductos que de acuerdo a varios investigadores impiden la correcta absorción del contaminante sobre la superficie del TiO2, ya que según algunos autores esto modifica las condiciones de reacción, como pH y los sitios de reacción de la superficie del TiO2.