Síntesis de TiO2 dopado con N y experimentos fotocatalíticos para la determinación de las eficiencias fotónica y cuántica

CARNELLI, PATRICIO FRANCISCO FLORENCIO; BRACCO, ESTEFANÍA BELÉN; ALFANO, ORLANDO MARIO; CANDAL, ROBERTO JORGE

Santa Fe (Santa Fe)

Congreso; III Congreso Nacional de Ciencia y Tecnología Ambiental; 2017

Sociedad Argentina de Ciencia y Tecnologia Ambiental

El TiO2 es el compuesto más utilizado para el tratamiento por fotocatálisis heterogénea de contaminantes no-biodegradables. Al tener un ancho de banda prohibido de unos 3 eV, el TiO2 se activa solamente con radiación UVA (alrededor de un 5% del espectro de emisión solar) lo que representa una limitación para su uso como fotocatalizador. En este sentido, una posible alternativa para mejorar la actividad fotocatalítica del TiO2 es reducir el ancho de banda prohibido a través del dopado con no-metales. En este trabajo utilizamos el método sol-gel y la coprecipitación con urea para preparar polvos nanoparticulados de TiO2 dopado con N (N-TiO2), dado que se trata de un dopante no-tóxico que ha demostrado contribuir a la actividad con luz visible. Para utilizar como referencia, también sintetizamos una muestra de TiO2 siguiendo el mismo procedimiento pero sin el agregado de urea. Los polvos sintetizados fueron caracterizados mediante difracción de rayos x, microscopía electrónica de barrido y el método BET (para la determinación del área superficial). También se realizaron mediciones espectrofotométricas para determinar la absorbancia, la reflectancia difusa y la transmitancia difusa. Por otra parte, realizamos experimentos de fotocatálisis, degradando ácido fórmico, para determinar la eficiencia fotónica, que definimos como el cociente entre la tasa de degradación del contaminante y la tasa de incidencia de fotones sobre el reactor. Estos experimentos se realizaron tanto para N-TiO2 como para TiO2 , bajo iluminación UV (368 nm) y visible (390-750 nm). Los resultados de estos ensayos, junto a las propiedades ópticas medidas, fueron utilizados para resolver la ecuación de transferencia radiativa mediante el modelado del reactor utilizando el método de Monte Carlo. De esta manera nos fue posible obtener la eficiencia cuántica (cociente entre la tasa de degradación del contaminante y la tasa de absorción de fotones), la cual es determinante para la comparación de diferentes catalizadores independientemente de las condiciones experimentales. Encontramos que el N-TiO2 (N:Ti = 4:1) es un 25% más eficiente que el TiO2 bajo iluminación UV y un 35% con luz visible en la degradación de ácido fórmico. Como continuación de este trabajo, se sintetizarán otros polvos de N-TiO2 con distintas relaciones N:Ti. El efecto del tipo de fotolito se determinará a través de la degradación de ácido salicílico (formador de complejos superficiales). Además, se buscará optimizar el efecto de la iluminación a través del uso de LEDs azules como fuente de radiación.