• Portada
01/2006

Adsorpció de l'alumini (III): mètode de prevenció de la desactivació del TiO2

Mètode de prevenció de la desactivació del TiO2 durant la fotodegradació de l'àcid salicílic

La fotocatàlisi heterogènia ha esdevingut de gran interès de cara a disposar de nous mètodes que permetin tractar la generació de contaminants tòxics i no biodegradables per part de sectors industrials. Investigadors de la Unitat Química-Física del Departament de Química de la UAB han aconseguit millores mitjançant la modificació de l'òxid de titani amb alumini i ferro.

La generaci� de contaminants t�xics i no biodegradables per part de sectors industrials requereix disposar de nous m�todes que permetin tractar efica�ment aquest tipus de residus. En aquest escenari, el desenvolupament de la fotocat�lisi heterog�nia ha esdevingut de gran inter�s.

La fotocat�lisi heterog�nia es fonamenta en l'�s d'un semiconductor (en general un material innocu com el TiO2) que, en ser irradiat amb fotons suficientment energ�tics, genera radicals altament oxidants capa�os de promoure la mineralitzaci� total dels contaminants en fase gas o aquosa o, com a m�nim, llur transformaci� en productes biodegradables (veure Fig. 1). L'inter�s en el desenvolupament de la fotocat�lisi heterog�nia per al tractament d'aig�es residuals radica, a banda de en la seva elevada capacitat de descontaminaci�, en el fet que les seves caracter�stiques satisfan els principis de la Qu�mica Verda, especialment si es fa �s de la llum solar com a font d'irradiaci�. Tanmateix, per incrementar les expectatives de comercialitzaci� d'aquesta t�cnica cal millorar-ne aspectes, com ara: a) la velocitat de destrucci� de contaminats, b) la resposta del catalitzador en el rang del visible (aprofitament de la llum solar), i c) l'efici�ncia de la reutilitzaci� del catalitzador, tot evitant fen�mens de desactivaci� del TiO2.

En aquest treball es presenten diferents resultats que demostren que la modificaci� del TiO2 mitjan�ant la simple adsorci� de cations met�l�lics Al(III) o Fe(III) [1,2] permet millorar significativament el rendiment del proc�s fotocatal�tic. L'adsorci� dels cations M(III) sense un posterior tractament t�rmic, permet un estalvi energ�tic considerable respecte les t�cniques de dopatge convencionals, les quals inclouen etapes de calcinaci�.

De primer, s'ha investigat l'efecte de l'Al(III) i el Fe(III) en la velocitat de destrucci� dels contaminants, aix� com en l'espectre d'absorci� del catalitzador. La Taula 1 mostra els resultats obtinguts en diferents assaigs de degradaci� per fotocat�lisi heterog�nia de l'�cid maleic. L'inter�s en l'estudi d'aquest �cid carbox�lic radica en dos aspectes. D'una banda, l'�cid maleic �s un contaminat sovint present en aig�es residuals. D'altra banda, l'�cid maleic �s compost que sovint es troba entre els �cids carbox�lics de cadena curta generats durant la mineralitzaci� per fotocat�lisi heterog�nia de contaminants arom�tics. Els resultats recollits a la Taula 1 posen de manifest l'efecte clarament benefici�s de la pres�ncia dels cations met�l�lics. D'una banda, el temps necessari per assolir una completa mineralitzaci� de l'�cid maleic (COT=0) es redueix a la meitat. D'altra banda, l'acumulaci� i toxicitat dels intermedis generats esdev� notablement redu�da. Mitjan�ant diferents estudis s'ha concl�s que el paper dels metalls involucra una menor recombinaci� del parell electr�-forat fotogenerats, a m�s d'afavorir la participaci� de l'oxigen i dels radicals super�xid en la mineralitzaci� de la mat�ria org�nica [1,2] (veure Fig. 1) . En el cas de l'Al(III), l'absorci� de llum per part del TiO2 en el rang del visible es veu incrementada, possibilitant un millor aprofitament de la llum solar [2].

��

Taula 1. Resultats obtinguts en assaigs de degradaci� per fotocat�lisi heterog�nia de l'�cid maleic
(1.00 mM) en pres�ncia de TiO2 pur i TiO2 modificat ([TiO2]=1.5g/L; [M(III)]i=0.1mM).

Tal com s'ha esmentat m�s amunt, un altre dels aspectes que cal millorar per afavorir la implementaci� de la fotocat�lisi heterog�nia a gran escala es refereix a la perdurabilitat del catalitzador. En aquest sentit, s'ha investigat l'efecte de l'Al(III) en fen�mens de desactivaci� [3].

Els nostres resultats indiquen que l'�cid salic�lic, a concentracions prou grans, produeix la desactivaci� del TiO2 (veure Fig. 2). Les investigacions realitzades per identificar les esp�cies responsables d'aquest fenomen indiquen que es tracta de compostos oligom�rics. La Fig. 2 il�lustra el fet que la modificaci� del TiO2 mitjanant l'adsorci� d'Al(III), a m�s d'accelerar el proc�s de degradaci� de l'�cid salic�lic, evita la desactivaci�. Aix� implica, en conseq��ncia, l'ampliaci� del rang de concentraci� en qu� la fotocat�lisi heterog�nia pot operar eficientment.

Figura 2. Percentatge d'�cid salic�lic eliminat en dos cicles fotocatal�tics
(15 minuts d'irradiaci� per cada cicle) emprant el mateix catalitzador

Les millores aconseguides mitjan�ant la modificaci� del TiO2 amb Al(III) i Fe(III) poden contribuir al desenvolupament de la fotocat�lisi heterog�nia per al tractament d'aig�es residuals, per� tamb� poden ser d'ajut per d'altres aplicacions com ara la purificaci� d'aire o la producci� d'hidrogen a partir de l'aigua, utilitzant la radiaci� solar com a font d'energia.

Maribel Franch

Universitat Autònoma de Barcelona

Referències

Article: "Aluminium(III) adsorption: a soft and simple method to prevent TiO2 deactivation during salicylic acid photodegradation". M. I. Franch, J. Peral, X. Domènech, J. A. Ayllón. Chemical Communications (2005, 1851-1853).

 
View low-bandwidth version