Síntesis y caracterización de fotocatalizadores de Cu-TiO2 con propiedades ópticas para su aplicación en la reducción fotocatalítica de Cr (VI) - Suárez Quiroz, Daniela Deniss (Universidad Autónoma Metropolitana, 2024)
En este proyecto de investigación se presenta el desarrollo de un método de síntesis de fotocatalizadores de Cu-TiO2 que cumplan con las características ópticas y fisicoquímicas requeridas para su aplicación en la reducción fotocatalítica de Cr (VI). Los fotocatalizadores fueron sintetizados por medio de la modificación de algunos parámetros de la técnica de impregnación incipiente, tales como la incorporación del empleo de ultrasonido y la utilización de alcohol isopropílico como solvente, para favorecer la dispersión y aislamiento de los átomos de cobre que fueron incorporados dentro de la red cristalina de la titania mediante reducción con hidrógeno puro. Las características fisicoquímicas de los fotocatalizadores se estudiaron con respecto a los parámetros incorporados al método de síntesis, tales como proceso de calcinación en flujo de aire de 60 ml/min desde temperatura ambiente hasta 400 °C durante 30 min, proceso de reducción en flujo de H2 desde temperatura ambiente hasta 200 °C durante 30 minutos y variación en el contenido metálico impregnado (0.5, 1.0 y 1.5 % m/m). Análisis térmicos, tales como Análisis Termogravimétrico (TGA) y Reducción a Temperatura Programada (TPR) fueron empleados para determinar la temperatura de descomposición de la sal precursora y para determinar la temperatura de reducción del Cu, respectivamente. Para el estudio de la distribución del tamaño de partículas de la titania, la obtención del valor de la banda de energía prohibida (bandgap) y el estudio cristalográfico de la titania se emplearon técnicas de análisis de Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM), Espectroscopia UV-Vis de reflectancia difusa y Difracción de Rayos-X (XRD), respectivamente. Los resultados obtenidos permitieron demostrar que el método de síntesis estudiado sí favorece la reducción de la banda de energía prohibida de la titania, desde 3.2 eV hasta 3.02 eV para el fotocatalizador con mayor contenido metálico (1.5 % m/m Cu-TiO2), lo cual fue evidenciado mediante los resultados de DRX y TEM. Por medio del estudio de la estructura cristalina de los fotocatalizadores sintetizados, se sugiere que el Cu dopó el TiO2 toda vez que los valores de los parámetros de red para cada uno de ellos fueron modificados y mediante las micrografías de TEM se evidenció que además del dopaje de la titania, el Cu además coexiste soportado sobre el TiO2. También, se observó que el disolvente empleado (alcohol o agua) y el uso de ultrasonido (con o sin) influyeron en las propiedades ópticas de los fotocatalizadores analizados, dado que, aunque el valor de su band gap disminuyó en comparación con la titania, éste fue más alto en comparación con el fotocatalizador 1.5 % m/m Cu-TiO2. Finalmente, sólo dos factores independientes correspondientes a la concentración de Cr (VI) y la incorporación de ácido salicílico como agente de sacrificio, así como la suma de interacciones influyeron significativamente, con un 95 % de nivel de confianza, sobre la fotorreducción de Cr (VI). Bajo los intervalos evaluados para los factores experimentales, el sistema fue capaz sólo de fotorreducir favorablemente bajas concentraciones de Cr (VI). La presencia del agente de sacrificio tuvo un efecto positivo en el sistema, incluso la fotorreducción total del Cr (VI) se obtuvo con la mayor concentración de ácido salicílico evaluada (60 ppm), para 5 ppm de Cr (VI), utilizando 0.5% m/m Cu-TiO2. Esto sugiere que la degradación del agente de sacrificio se produce por interacción con los huecos fotogenerados inhibiendo la recombinación de cargas. De esta manera, los electrones fotogenerados pueden transferirse hasta la superficie siendo atraídos por el cobre, el cual funciona como antena para facilitar su transferencia hacia el Cr (VI).