Síntesis y caracterización de fotocatalizadores de junta heterogénea basados en Mo, K, Ti y Ag para procesos fotoinducidos de degradación de contaminantes emergentes

Abstract

Considerando los problemas medioambientales relacionados con la escasez y mala calidad del agua generados a causa del incremento de la población y el uso desmedido de productos farmacéuticos y de cuidado personal, se han desarrollado estrategias para mitigar los efectos adversos que la humanidad ha causado principalmente al medio ambiente acuático. Una de las tecnologías desarrolladas que ha reportado resultados prometedores es la fotocatálisis heterogénea. En este proyecto de investigación se diseñaron diferentes materiales fotocatalíticos con el objetivo de ser empleados para la mejora del proceso de fotocatálisis para la limpieza del agua. Mediante el proceso sol-gel se obtuvieron fotocatalizadores con base de dióxido de titanio (TiO2), los cuales fueron modificados con la incorporación de especies metálicas. Por un lado, se evaluó el efecto del acoplamiento del óxido de molibdeno (MoO3), formando una heterounión entre MoO3/TiO2, así como también se evaluó la incorporación de especies metálicas de Cu, Co y Mo formando los sistemas ternarios de Cu-Mo/TiO2 y Co-Mo/TiO2 aplicados en las reacciones de degradación fotocatalítica de moléculas modelo tal como el 4-clorofenol. Por otra parte, se llevó a cabo la síntesis sol-gel y la aplicación de los fotocatalizadores Ag- K2Ti6O13 en procesos de oxidación de contaminantes orgánicos en agua, proceso no frecuentemente reportado para los titanatos alcalinos. Los materiales obtenidos fueron propiamente caracterizados, adicionalmente, se estudió la degradación fotocatalítica de soluciones de ketoprofeno de alta concentración, bajo condiciones modelo; con empleo del fotocatalizador TiO2 Evonik P25. Finalmente, una vez estudiada la reacción fotocatalítica del ketoprofeno, los materiales semiconductores sintetizados fueron evaluados en la oxidación fotocatalítica de este medicamento a las mismas condiciones a las que se hizo su estudio cinético. Los fotocatalizadores 1 MoO3/TiO2, 0.2 Cu.0.5 Mo/TiO2 y 0.2 Ag-K2Ti6O13 resultaron ser los más eficientes para degradar la molécula orgánica, logrando la completa degradación del contaminante y porcentajes de mineralización de más del 80%.

Considering the environmental problems related to the scarcity and poor quality of water generated by the increase in population and the excessive use of pharmaceuticals and personal care products, several strategies have been developed to mitigate the adverse effects that humanity has caused mainly to the aquatic environment. One of the technologies developed that has reported promising results is heterogeneous photocatalysis.

In this research project, different photocatalytic materials were designed with the aim of being used to improve the photocatalytic process for water cleaning. TiO2-based photocatalysts were obtained through the sol-gel process, and catalysts were modified with the incorporation of metal species. The effect of the MoO3 oxide coupling, forming a heterojunction between MoO3/TiO2, was evaluated, as well as the incorporation of metal species of Cu, Co and Mo forming the ternary systems of Cu-Mo/TiO2 and Co-Mo/TiO2 applied in the photocatalytic degradation reactions of model molecules such as 4-chlorophenol. On the other hand, sol-gel synthesis and the application of silver-K2Ti6O13 co-catalysts in oxidation processes of organic pollutants in water were carried out, a process not frequently reported for alkaline titanates.

The materials obtained were properly characterized, additionally, the photocatalytic degradation of high-concentration aqueous solutions of ketoprofen was studied under model conditions; using Evonik P25 TiO2 photocatalyst. Finally, once the photocatalytic reaction of ketoprofen was studied, the synthesized semiconductor materials were evaluated in the photocatalytic oxidation of this medication under the same conditions at which its kinetic study was carried out. The photocatalysts 1 MoO3/TiO2, 0.2 Cu.0.5 Mo/TiO2 and 0.2 Ag-K2Ti6O13 were the most efficient in degrading the organic molecule, achieving complete degradation of the pollutant and mineralization percentages of more than 80%.