Estudio de la actividad fotocatalítica de TiO2 - Quitosano y su aplicación en el rango de luz visible

Abstract

El presente trabajo de Memoria de Título tiene como objetivo el estudio de la actividad fotocatalítica de nanocompositos de TiO2-quitosano en el rango de luz visible. De manera de cumplir el objetivo de este trabajo, se plantearon como objetivos específicos la síntesis y caracterización de tres compositos en polvo de TiO2 y quitosano con 25, 50 y 75% en peso de contenido de titania, QT-25, QT-50 y QT-75, respectivamente, para posteriormente medir y comparar su actividad fotocatalítica tanto en el rango UV como en el rango visible de la luz para la descomposición de anaranjado de metilo (AM), que fue utilizado como contaminante modelo de efluentes de plantas textiles. Finalmente, se analizaron los resultados obtenidos de forma de entender el efecto que tiene el quitosano sobre el TiO2. Se efectuaron estudios de difracción de rayos X (DRX), espectroscopía UV-vis, espectroscopía IR, fotoluminiscencia y superficie BET como métodos de caracterización de los compositos. Los resultados de las caracterizaciones muestran que a medida que aumenta el contenido de polímero en los compositos, cambia la estructura cristalina por la formación de aglomeraciones, mientras que la cristalinidad del TiO2 no se ve afectada por la adición de quitosano. La espectroscopía UV-vis arrojó que el quitosano logra disminuir el band gap del TiO2 generando un corrimiento al rojo. Para la fotocatálisis en rango UV se observó que el TiO2 degradó el AM en un 64,77%, siendo esta la mayor eficiencia en esta prueba. En el rango visible, la mayor eficiencia la alcanzó el composito QT-75, con un 63,55% de degradación del AM, mientras que los compositos QT-50 y QT-25 lo degradaron en un 48,08 y 42,08%, respectivamente. El análisis cinético de primer orden arroja que existen dos etapas diferenciadas durante la reacción de fotodegradación del AM, primero con alta velocidad de reacción para después disminuir, probablemente debido a fenómenos de transferencia de masa sumado al descenso en la concentración del tinte lo que dificulta que se mantenga una alta velocidad de degradación a lo largo de la prueba. A modo de conclusión, el estudio permite confirmar que el quitosano es capaz de aumentar la actividad fotocatalítica del TiO2 en el rango visible de la luz, al disminuir su band gap y aportar con la presencia de los grupos amino e hidroxilo para la formación de radicales oxidantes O2●-, OH●. De manera de proyectar el trabajo es posible la exploración de nuevas aplicaciones más allá del tratamiento de agua como la producción de hidrógeno o el mejoramiento del sistema de tratamiento ya existente mediante adición de iones metálicos al composito de mejor desempeño.