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Recubrimientos mesoporosos y mesoestructurados de TiO2-anatasa por el método sol-gel para aplicaciones en sistemas fotocatalíticos

 

Noemí Arconada Gómez -Jareño
Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC

 

Directores de Tesis
Dra. Mª Yolanda Castro
Prof. Alicia Durán Carrera


El TiO2 es un material que presenta un gran interés tecnológico por su reducida toxicidad y sus excelentes propiedades fotocatalíticas. La preparación de TiO2 en forma de recubrimientos surge de la necesidad de desarrollar procesos que trabajen en continuo, y que se puedan utilizar tanto en medio acuoso y gaseoso, lo que elimina costes de filtración y facilitara los procesos de reutilización.

En esta tesis se han desarrollado recubrimientos de TiO2 sobre sustratos transparentes y cristalizados en fase anatasa. Para favorecer la eficiencia fotocatalítica se ha aumentado la superficie de contacto entre el fotocatalizador y los contaminantes mediante el desarrollo de recubrimientos mesoporosos y mesoestructurados, con altas superficies específicas y alta cristalinidad.

Como ruta de síntesis se ha elegido el método sol-gel por su flexibilidad y versatilidad, permitiendo obtener gran variedad de estructuras y composiciones. Se han utilizado dos tipos de precursores, el isopropóxido de titanio y el tetracloruro de titanio, y se han incorporado distintos tipos de surfactantes no-iónicos como: F127, Brij58, Tritón, Brij56, SDS, CTAB, etc. Los recubrimientos mesoporosos y mesoestructurados se han obtenido por el método de inmersión-extracción combinado con el método EISA, controlando la temperatura y la humedad relativa durante el proceso de deposición.

Se ha realizado la caracterización textural y estructural de todos los recubrimientos mediante estudios de elipsometría porosimétrica espectral que permite calcular el volumen de poro y las isotermas de adsorción- desorción de agua, y por tanto, la distribución de tamaño de poro, la superficie específica y superficie expuesta de los mismos.

La eficiencia fotocatalítica de los recubrimientos se ha evaluado en fase acuosa, mediante estudios de degradación de naranja de metilo, y gaseosa, mediante descomposición de tricloroetileno, ácido sulfhídrico y metil etil cetona. Se han obtenido elevadas eficiencias fotocatalíticas en los ensayos de degradación de H2S en condiciones reales en la planta de Viveros del Canal de Isabel II en Madrid.

Por otro lado, se ha mejorado la eficiencia fotocatalítica de los recubrimientos de TiO2-anatasa mediante el dopado con elementos metálicos de transición y alcalinotérreos, modificando las propiedades del semiconductor y permitiendo utilizar el espectro solar completo, incluyendo la radiación en el visible.

La actividad fotocatalítica depende de la masa, el volumen de poro, la distribución de tamaño de poro, la superficie específica y superficie expuesta de los recubrimientos. Estas características están asociadas al precursor de titanio utilizado, así como al tipo y concentración de surfactante, complejante y dopante.

Como conclusión principal de esta tesis y coincidiendo con los estudios presentes en la bibliografía, se deriva que la actividad fotocatalítica de los recubrimientos depende no solo de un parámetro sino que está relacionada con el conjunto de propiedades texturales, estructurales y cristalinas que condicionan la eficiencia fotocatalítica de los mismos.

Miembros del tribunal:

Presidente: Fernandez Herrero, Vicente. Universidad Autónoma de Madrid.

Secretario: Zayat Souss, Marcos Daniel. Instituto de Ciencias de Materiales, ICMM-CSIC, Madrid.

Vocal: Portela Rodriguez, Raquel. Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP-CSIC), Madrid.

Vocal: Martinez Ferrero, Eugenia. CETEMMSA, Technological Centre, Barcelona.

Vocal: Julián López, Beatriz. Universitat Jaume I de Castellón.

Suplente: Sanchez Cabrero, Benigno. Centro de Investigaciones Energeticas Medioambientales y Tecnologicas, Madrid.

Suplente: Tudela Moreno, David. Universidad Autónoma de Madrid.

Calificación: Sobresaliente Cum-laude