Síntesis y caracterización de Fe-TiO₂ en láminas delgadas y polvos con propiedades fotocatalíticas y bactericidas - Arellano Sánchez, Ulises (Universidad Autónoma Metropolitana, 2012)
La investigación desarrollada, considera los fundamentos de las disciplinas involucradas; como primer paso se realizó la acutalización del estudio bibliográfico referente a la porpuesta seguido de un análisis exhaustivo para generar un resumen que ayude a visualizar las perspectivas y alcances del proyecto; en esta etapa se establecen las condiciones de síntesis de los fotocatalizadores (sol-gel) así como los precursores para la síntesis de polvo y láminas delgadas. La emisión de contaminantes orgánicos y biológicos es un serio problema de salud para los seres vivos. La fotocatálisis heterogénea puede emplear radiación sola, visible y UV, para degradar contaminantes y representa una alternativa novedosa, con rendimientos adecuados, limpia y de bajo costo. La fotocatálisis heterogénea se fundamenta en irradiar la superficie de un semiconductor con la longitud de onda adecuada para que se generen pares de electrón-hueco y que antes que se produzca su recombinación, propicien reacciones de oxidación-reducción con especies adsobridas en superficie. El rendimiento del tratamiento fotocatalítico lo determinan los fenómenos de adsorción/desorción, los fenómenos de trasporte de materia y energía radiante y la cinética intrínseca de la reacción, por lo que la fotocatálisis es un proceso complejo de analizar, que depende de multitud de variables, empezando por la naturaleza y concentración del contaminante y las condiciones de operación, temperatura, método de preparación del catalizador, tipo de fuente de radiación, configuración del reactor. El objetivo de esta tesis doctoral es de obtener materiales de Fe-TiO₂ con propiedades fotocatalíticas capaces de degradar el ácido 2, 4-D y eliminar E.coli con luz visible. Dada la amplitud del objetivo se ha seleccionado una manera práctica para profundizar en el tema. El resultado del trabajo de investigación se ha estructurado en siete capítulos. El Capítulo 1 del trabajo se hace una introducción sobe la fotocatálisis heterogénea. Se explica los fundamentos de esta tecnología y en base a la intensa revisión bibliográfica se evalúa los antecedentes y su situación actual, justificando el uso de la tecnología fotocatalítica. El Capítulo 2 se describe los métodos de preparación de fotocatalizadores de Fe-TiO₂ en polvos (sol-gel) y láminas delgadas (Giratorio). El Capítulo 3 se describe los métodos analíticos con los que se caracterizan los materiales. Los fotocatalizadores en polvo serán caracterizados con: UV-Vis para medir el desplazamiento de la energía de banda prohibida hacia la región visible por efecto de la adición de Feᶾ⁺, la obtención del área específica y estructura porosa, se realiza con el método BET, las técnicas de DRX y la TPR-H₂, proporcionan resultados sobre la textural, estructural, distribución y concentración del Fe, aunado a lo anterior se analizarán los diferentes factores involucrados con el propósito de obtener una correlación; la actividad fotocatalítica se evalúa en la degradación del ácido 2,4 diclorofenoxiacetico y en la muerte de E.coli ambos en medio líquido. Los parámetros cinéticos de las reacciones se determinarán de manera indirecta al medir la desaparición del contaminante. La síntesis de láminas delgadas se realiza por el proceso de Giratorio “spin-coating”, a partir de polvos previamente sintetizados y posteriormente resuspendidos; para la caracterización se emplearon las técnicas de DRX, UV-Vis y microscopía electrónica de barrido (SEM). Se determinó las propiedades ópticas (índice de refreacción y del coeficiente de absorción). La fotoactividad de las láminas delgadas se evaluó en la gradación ácido 2,4-Diclorofenoxiacético y en la muerte E.coli, usando espectroscopía UV-Vis y la técnica de cuenta en placa para su cuantificación respectivamente. El Capítulo 4 describe los resultados de la síntesis y caracterización de polvos de Fe-TiO₂, evaluando sus propiedades fotocatalíticas en la degradación del ácido 2, 4- diclorofenoxiacético. El Capítulo 4 describe los resultados de la síntesis y caracterización de polvos de Fe-TiO₂, evaluando sus propiedades fotocatalíticas en la degradación del ácido 2, 4- diclorofenoxiacético. El Capítulo 5 describe los resultados de la desactivación (muerte) de E.coli por fotocatálisis de polvos de Fe-TiO₂. El Capítulo 6 describe los resultados de la síntesis y caracterización de láminas delgadas de Fe-TiO₂, evaluando sus propiedades fotocatalíticas en la degradación del ácido 2, 4- diclorofenoxiacético. El Capítulo 7 describe los resultados de la eliminación (muerte) de E.coli por fotocatálisis de láminas delgadas de Fe-TiO₂.