Síntesis de nanoestructuras de TiO2 y su aplicación en la fotodegradación de azul de metileno y de lignina

Abstract

Titanium dioxide, TiO2, is a light sensitive semiconductor that absorbs electromagnetic radiation near UV region, is chemically very stable and amphoteric. It has three crystalline phases: rutile (tetragonal structure), anatase (octahedral structure) and brookite (orthorhombic structure). The anatase and rutile phases are widely used as catalysts. It is the most widely used photocatalyst and currently used as a degrading of organic dyes in the process of water purification, since color is one of the hardest substances to degrade by conventional methods of treatment and common in industrial wastewater. In this paper, the synthesis of titanium dioxide, departing of titanium, and applying a two-level factorial design optimal weather variables (temperature synthesis (T) and concentration of base (NaOH were found, pH) for producing nanostructures by synthesis method and hydrinfo:eu-repo/semantics/othermal Such nanostructures, were applied as catalysts for the photodegradation of organic dyes. methylene blue and lignin Through; comparative studies depending on the reactivity of various nanostructures obtained demonstrated which one is most effective for the degradation of such dyes for achieving degradation of methylene blue 96.79%. While for artificial lignin degradation of 92.45% was reached. Finally achieved for degradation of lignin from the effluent Trash reached 58.41%. TiO2 compounds were also characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and surface area measurement (BET method). It is concluded that the hydrinfo:eu-repo/semantics/othermal method and the application of factorial design allowed to obtain a variety of surface structures and reactivity features that are highly efficient in the degradation of organic matter of effluents from the paper industry.

El dióxido de titanio, TiO2, es un semiconductor sensible a la luz que absorbe radiación electromagnética cerca de la región UV, es anfótero y muy estable químicamente. Presenta tres fases cristalinas: rutilo (estructura tetragonal), anatasa (estructura octaédrica) y la brookita (estructura ortorrómbica). Las fases anatasa y rutilo, son ampliamente utilizadas como catalizadores. Es el fotocatalizador más empleado y actualmente se utiliza como degradante de colorantes orgánicos en el proceso de purificación del agua, ya que el color es una de las sustancias más difíciles de degradar por métodos convencionales de tratamiento y una de las comunes en las aguas residuales industriales. En el presente trabajo, se realizó la síntesis del dióxido de titano, partiendo de isopropóxido de Titanio, y aplicando un diseño factorial de dos niveles se encontraron las variables óptimas de tiempo (, temperatura de síntesis (T) y concentración de base (NaOH, pH) para producir nanoestructuras mediante el procedimiento de síntesis e hidrotérmica. Dichas Nanoestructuras; se aplicaron como catalizadores para la fotodegradación de los colorantes orgánicos: azul de metileno y lignina. Mediante; estudios comparativos en función de la reactividad de las diversas nanoestructuras obtenidas se demostró cuál de ellas tiene mayor efectividad para la degradación de dichos colorantes logrando una degradación para el azul de metileno de 96.79%. En tanto que para la lignina artificial se alcanzó una degradación del 92.45%. Finalmente, la degradación lograda para la lignina procedente del efluente de la papelera alcanzó un 58.41%. También se caracterizaron los compuestos de TiO2 mediante Microscopia de Barrido (SEM), Difracción de Rayos X (XRD) y Medición del Área Superficial (método BET). Se concluye que el método hidrotérmico y la aplicación del diseño factorial permitieron obtener una diversidad de estructuras con características superficiales y de reactividad que son altamente eficientes en la degradación de la materia orgánica de los efluentes de la industria papelera.