Preparación y caracterización de nuevos materiales catalíticos para su aplicación en la descontaminación de aguas mediante fotocatálisis heterogénea

Résumé

En esta Tesis Doctoral se ha llevado a cabo la preparación y caracterización de nuevos materiales fotocatalíticos para la descontaminación de aguas de mediante Fotocatálisis Heterogénea. Para ello, se plantearon los siguientes objetivos: - Estudio de la eficiencia de fotocatalizadores de TiO2 soportado sobre materiales naturales de origen volcánico, constituyendo fotocatalizadores en forma de partícula, como tratamiento terciario de aguas residuales urbanas reales mediante fotocatálisis heterogénea bajo luz ultravioleta (UV). - Preparación y caracterización de fotocatalizadores basados en nanotubos de TiO2 dopados con metales de transición para mejorar su absorción de luz visible. - Estudio del comportamiento del TiO2 Degussa P25 (material comercial) como fotocatalizador inmerso en un proceso de "up-conversion", en el cual se convierten fotones del infrarrojo cercano (NIR) al visible y UV, para que actúen como fuente luminosa en el proceso fotocatalítico de descontaminación de aguas. Para la consecución de estos objetivos se han preparado fotocatalizadores de TiO2 soportado sobre materiales naturales de origen volcánico y se han evaluado en el tratamiento terciario de aguas residuales urbanas reales mediante fotocatálisis heterogénea haciendo uso de luz UV. Para estudiar el progreso de la depuración se ha medido la DQO soluble en función del tiempo de tratamiento. Además se ha procedido a la caracterización del agua residual antes y después del proceso fotocatalítico mediante medidas del pH, conductividad, DQO, DBO5, así como de las concentraciones de nitrógeno amoniacal, de nitrógeno nitrito, de nitrógeno nitrato y de fosfato. Para preparar fotocatalizadores que mejoren su eficiencia con luz visible se sintetizaron nanotubos de TiO2 mediante síntesis hidrotermal (TiO2 nanoestructurado) dopándolos con los metales de transición Co, Fe y Mn (Co-TiO2, Fe-TiO2 y Mn-TiO2). Para este estudio, se utilizó una disolución acuosa de azul de metileno, como molécula modelo de contaminantes, y se ha comparado el comportamiento fotocatalítico del TiO2 Degussa P-25 y los fotocatalizadores preparados bajo la irradiación tanto de luz UV como de luz visible. Finalmente, para poner de manifiesto la mejora de la eficiencia de materiales fotocatalíticos debido a fenómenos de ''up-conversion'' de la radiación incidente, se ha utilizado del TiO2 Degussa P-25 como fotocatalizador estándar en presencia del material luminiscente ZBLAN (mezcla de fluoruros de metales pesados: ZrF4 - BaF2 - LaF3 - AlF3 - NaF) dopado con tierras raras (Yb3+-Er3+-Tm3+). Se realizaron mezclas de ambos y fueron estudiados comparativamente en la degradación de la molécula de azul de metileno haciendo uso de luz visible y UV.