Estudio teórico de las propiedades estructurales y catalíticas de TiO2 dopada con Fe y su uso en la remoción de arsénico

CECILIA I. N. MORGADE; GABRIELA F. CABEZA

Bahia Blanca

Jornada; 9nas. Jornadas Abiertas de Física; 2018

UNS

El arsénico (As) es un elemento tóxico que puedeser fatal para los humanos. En el medio ambiente existe en diferentes estadosde oxidación (-III, 0, + III y + V). Sinembargo, en el agua natural, el As se encuentra principalmente en la formainorgánica que se forma como oxianiones del arsenito trivalente As (III) oarsenato pentavalente As (V) dependiendo del potencial redox y el pH del agua.La contaminación del agua con arsénico es un problema global relacionadoprincipalmente con su amplia presencia en los recursos hídricos utilizados parael consumo humano1. El arseniato es más estable, menos móvil ytóxico que el As (III) y se elimina más eficientemente del agua. Por lo tanto,los métodos comunes para la eliminación del arsénico del agua implican laoxidación de las especies As (III) a As (V). Como alternativa a losprocedimientos convencionales, diferentes propuestas han atraído una atenciónconsiderable en los últimos años, incluida la fotocatálisis heterogénea condióxido de titanio (TiO2) y el uso de hierro de valencia cero (Fe0)conocido como ZVI. En la actualidad, se pueden mencionar dos estudiosexperimentales, uno reciente de López-Muñoz2 y otro estudio deNguyen et al. informando el uso de lafotocatálisis con nanopartículas de TiO2 y ZVI (NP-ZVI) para laeliminación de As (III) de los sistemas acuosos3. Los resultadosobtenidos demostraron un aumento en la eficiencia de eliminación de arsénico dela solución acuosa cuando se agregaron partículas de ZVI al reactor. Como lafotocatálisis con ambos sistemas, el TiO2 puro y en combinación conhierro, ofrecen ventajas atractivas para el tratamiento del arsénico ensistemas acuosos, es interesante comparar su rendimiento y explorar el posiblesinergismo entre ellos. Es por eso que en este trabajo ambos sistemas fueronmodelados con el objetivo de determinar los principales parámetrosfísico-químicos que controlan la actividad y la selectividad hacia la oxidacióndel arsénico (As). Los cálculos se realizaron utilizando el código VASP4dentro del formalismo de la teoría de la densidad funcional, con la inclusióndel coeficiente de Hubbard (DFT + U). Las superficies elegidas de la titaniason la anatasa TiO2(101) catalíticamente más activa y la de rutíloTiO2(110). La interacción As/TiO2 se modeló depositando1, 2 ó 4 átomos de As0. Se estudiaron diferentes opciones de dopaje(catiónico e intersticial) de Fe. Las energías de adsorción de As se calcularonen ambas superficies. El estudio se completa con el análisis de la adsorción dediferentes especies arseniosas.Principio del formularioFinal del formulario Referencias [1] JainC.K., Ali I., Water Res. 34, 4304?4312.[2] López-Muñoz M.J., Arencibia A., Segura Y., Raez J.M., Cat. Today 280, 149-154, 2017.[3] NguyenT.V., Vigneswaran S., Ngo H.H., Kandasamy J., Choi H.C., Sep. Purif. Technol. 61, 44?50, 2008.[4] Kresse G., Furthmüller, J. Phys. Rev. B 54, 11169, 1996.