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Title: Síntesis y evaluación de fotocatalizadores de junta heterogénea con puntos cuánticos de WO3 en TiO2 para la degradación de naranja de Metilo y Fenol, usando luz visible y propuesta de un Modelo Cinético tipo Langmuir
Authors: Ramírez Estrada, Dennis Misael
Issue Date: 30-Jun-2021
Publisher: Universidad Autónoma de Zacatecas
Abstract: Dado el incremento de contaminación en el agua, es necesario buscar nuevas técnicas o incrementar la eficiencia de las existentes para disminuir las concentraciones de compuestos contaminantes y eventualmente producir agua para consumo humano, o para producir agua con menores niveles de compuestos para otros usos. Se determinó el desempeño con luz visible de fotocatalizadores novedosos de junta heterogénea tipo B, con puntos cuánticos (QDs) de WO3 con cargas (5, 10 y 20%) y g-C3N4 (10 y 20%) ambos como sensibilizadores, usando fotocatálisis heterogénea y como compuestos modelo naranja de metilo y fenol, en un reactor a escala de laboratorio, y basado en los resultados experimentales, se propuso un esquema de reacciones, un modelo cinético con la forma Langmuir Hinshelwood y se estimaron sus parámetros cinéticos. Se sintetizaron puntos cuánticos de óxido de tungsteno sobre TiO2 con el método sol-gel y como compuestos modelo se usaron naranja de metilo y fenol. El catalizador que reporto mejores resultados de degradación de naranja de metilo fue el 10% WO3QDs/TiO2 debido a que: tiene la mayor acidez de Lewis, tiene la menor energía de banda prohibida 3.0 eV (413 nanómetros), lo que permite que la reacción química se realice utilizando luz visible, reporto estabilidad en la producción de huecos. Al activar la heterounión, el papel de los puntos cuánticos fue propiciar que los huecos generados se transfieran a la superficie del TiO2 y de esta manera iniciar la reacción de degradación. Se considera que el WO3 al estar en forma de puntos cuánticos (diámetro de partícula inferior a diez nanómetros) tiene una mejor distribución sobre la superficie del TiO2, con respecto a la heterounión con WO3 comercial (tamaño micrométrico). Para la degradación de fenol, se propone un modelo cinético tipo Langmuir-Hinshelwood, basado en un esquema de reacciones en serie paralelo, debido a la degradación inmediata del carbono y a la aparición simultanea desde el inicio de hidroquinona y catecol y se estimaron los parámetros cinéticos de cada paso de reacción, obteniendo un modelo que consigue predecir de manera razonable a los perfiles de concentración de cada componente en el rango de concentraciones iniciales de fenol estudiado.
Description: Due the high contamination in water, it is necessary to seek for new techniques and to upgrade the efficiency of the existing ones to decrease the levels of pollutant compounds and eventually produce drinking water for the humans or water with lower amounts of pollutants. In this work, we determine the photocatalytic performance of type B heterojunction catalyst, using tungsten oxide (WO3) quantum dots with different loads (5, 10 and 10%) and g-C3N4 (10 y 20%) both as sensitizers, using heterogeneous photocatalyst, using a colored pollutant (methyl orange (MO) dye) and a colorless pollutant (phenol) under visible light irradiation, on a laboratory scale reactor and based on the experimental results, we determine both a Langmuir- Hinshelwood kinetic model and their kinetic parameters. Using sol-gel method, tungsten oxide quantum dots were synthesized over the titanium oxide surface. The superior photocatalytic activity of 10% WO3QDs/TiO2 heterojunction could be attributed to highest Lewis acidity, allowing methyl orange to absorb and to transfer its electrons to the surface, low 3.0 eV (413 nanometers) band gap allows an efficient charge carrier separation that leads suppressed recombination rate at visible light irradiation and hole stability production. By activating the heterojunction, quantum dots play an important role by transferring their produced holes to the titanium dioxide surface to start the degradation reaction. It is considered that WO3 in the form of quantum dots (particle diameter lower than 10 nanometers) has better distribution over TiO2 surface, compare to commercial WO3 (micrometric size). For phenol degradation, a parallel series reaction network is proposed, based on the immediate degradation of carbon and the simultaneously appearance of hydroquinone and catechol, a Langmuir-Hinshelwood kinetic model form. The estimation of the kinetic parameters for each step of the reaction was performed, obtaining a model that is capable of predicting reasonably the concentration profiles of each component in the range of the initial concentrations of the studied phenol.
URI: http://ricaxcan.uaz.edu.mx/jspui/handle/20.500.11845/2708
Other Identifiers: info:eu-repo/semantics/publishedVersion
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