Resumen:
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.
Descripción:
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.