Adsorción del aluminio (III): método de prevención de la desactivación del TiO2
La fotocatálisis heterogénea ha cobrado gran interés de cara a disponer de nuevos métodos que permitan tratar la generación de contaminantes tóxicos y no biodegradables por parte de sectores industriales. Investigadores de la Unidad Química-Física del Departamento de Química de la UAB han conseguido mejoras mediante la modificación del TiO2 con Al(III) y Fe(III).
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
Referencias
Artículo: "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).
