Modificación, soporte y optimización de catalizadores basados en óxido de titanio altamente fotocatalítico para procesos fotocatalíticos en fase acuosa y gaseosa

Resumen

La contaminación en mares, ríos y en la atmósfera es una creciente preocupación en la comunidad científica y precisa de soluciones a corto plazo. Es por ello que esta Tesis Doctoral se enfoca en la eliminación, mediante fotocatálisis heterogénea (empleando materiales basados en TiO2), de contaminantes emergentes de naturaleza antropogénica como el isoproturon (IP) y el diclofenaco sódico (DCF). También se ha estudiado la fotoxidación del fenol (PHL) y del tolueno, este último en fase gas. Siendo conscientes de que el mayor beneficiario de los resultados de esta Tesis Doctoral, debe ser la sociedad, se ha tenido en cuenta y se han tomado medidas para subsanar, los principales inconvenientes que surgen al aplicar este tipo de técnicas a escala real, tales como, por ejemplo: evitar la recombinación del par electrón-hueco o mejorar la adhesión de las partículas de TiO2 al inmovilizarlo en un soporte, para evitar el desprendimiento de TiO2 al medio, etc. Los principales resultados de esta investigación se han expuesto en los capítulos del 3 al 6: • Capítulo 3: Caracterización de fotocatalizadores modificados con metales nobles (Pt, Pd y Ag) y estudio del efecto de dichos metales en la fotoxidación de los contaminantes en medio acuoso: PHL, IP y DCF. Estudio de las características fisicoquímicas de los fotocatalizadores, lo que permite distinguirlos y ayuda a entender como las propiedades de los mismos afectan a la fotoxidación de los compuestos orgánicos estudiados y sus mecanismos de degradación. • Capítulo 4: Estudio sobre la actividad fotocatalítica de los recubrimientos de TiO2 en sistemas líquidos. El uso de TiO2 en suspensión en contacto con los contaminantes en disolución acuosa supone una serie de limitaciones que impiden escalar el proceso UV/TiO2. Entre ellos: el elevado coste de filtración, liberación de partículas de TiO2 al medio y dificultades para reutilizar el catalizador en tratamientos sucesivos. Mediante la inmovilización del TiO2 a un soporte, pueden evitarse, esos problemas. Sin embargo, los sistemas con catalizador inmovilizado deben satisfacer dos requisitos fundamentales: alta actividad fotocatalítica y buena adhesión al soporte. Por esta razón se ha realizado un estudio con objeto de obtener el número de recubrimientos de catalizador óptimo, con el fin de alcanzar la máxima eficiencia fotocatalítica y la mejor adherencia posibles. En el capítulo 4, se estudió y se compararon las actividades fotocatalíticas, de los recubrimientos de TiO2, con tres contaminantes: PHL, IP y DCF, en agua pura y en muestras de agua real procedente de dos EDARs. Otros factores estudiados, fueron las reutilizaciones de los recubrimientos en sucesivos tratamientos y la determinación de la toxicidad en varias muestras a diferentes tiempos de irradiación, usando la bacteria Vibrio fischeri. En ambos estudios se emplearon los tres contaminantes citados anteriormente (PHL, IP y DCF). Finalmente, se estudió, si los materiales fotodepositados con metales difieren en su actividad al inmovilizarlos en un soporte, frente a su uso en un sistema en suspensión. • Capítulo 5: Optimización de la adhesión del TiO2 al soporte. Se tuvieron en consideración varios aspectos como el efecto del tipo dispersante usado en las suspensiones con catalizador, modificación en la agregación de las partículas de TiO2 mediante adición de ácido y molienda de los catalizadores, tratamiento térmico para mejorar la adherencia del TiO2 al soporte de vidrio y modificación del soporte por abrasión física. También se evaluaron otras técnicas de recubrimiento como deposición química en fas de vapor (CVD), CVD a presión atmosférica (APCVD) y CVD asistida por aerosol (AACVD). • Capítulo 6: Estudio sobre la actividad fotocatalítica de los recubrimientos de TiO2 en sistemas gaseosos. Los recubrimientos de TiO2 preparados mediante la técnica de dip-coating, son versátiles, lo que les permite ser utilizarlos en tratamientos de descontaminanción de agua y aire. El capítulo 6 se centra, en la eliminación de tolueno gaseoso, empleando este tipo de recubrimientos de TiO2. La búsqueda del mejor fotocatalizador, capaz de fotoxidar el tolueno de manera más eficiente, se realizó examinando las propiedades fisicoquímicas de todos los fotocatalizadores empleados. También, se estudiaron las condiciones de humedad óptima, para eliminar el tolueno y sus intermedios y el efecto de la adición de metales sobre la superficie del TiO2 en la fotoxidación del tolueno.