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http://cimav.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1004/73| Recubrimientos Fotocatalíticos sobre Sustratos Poliméricos para la degradación de Compuestos Orgánicos Volátiles a Baja Temperatura | |
| VANESSA GUADALUPE GUZMAN VELDERRAIN | |
| VIRGINIA HIDALINA COLLINS MARTINEZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| La contaminación del aire en ambientes cerrados ha tomado gran importancia
debido a los diversos tipos de contaminantes a los cuales están expuestos lo seres humanos
un ejemplo son los compuestos orgánicos volátiles (COVs). Una fuente importante de
propagación de estos contaminantes es el recirculado de aire dentro de edificios,
residencias, industrias, comercios, etc., que se lleva a cabo mediante sistemas de
climatización, los cuales trabajan a temperaturas menores a 25°C. El proceso de
fotocatálisis heterogénea para la eliminación de COVs se basa en la oxidación de estos
compuestos presentes en el aire mediante un catalizador semiconductor que es activado por
luz de una determinada longitud de onda. Uno de los fotocatalizadores más utilizados en
este proceso es el dióxido de titanio (TiO2) y no obstante que también ha sido el más
estudiado, aún hay vacíos que cubrir, sobre todo cuando se pretende obtenerlo en forma de
película y sobre sustratos que son sensibles a la temperatura, tales como los polímeros. Esto
último es la principal razón por lo que se han seleccionado al TiO2 y al polipropileno como
materiales de estudio en la realización de este proyecto de investigación. Se sintetizaron 12
recubrimientos de TiO2 sobre polipropileno (PP). Se sintetizaron 6 recubrimientos por solgel
y 6 por sol-gel combinado con tratamiento hidrotérmico, variando precursores. Las
muestras fueron caracterizadas por difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica
de barrido (SEM), microscopia electrónica de transmisión (TEM), fisisorción de nitrógeno
(BET), espectroscopia de reflectancia difusa (UV-VIS), análisis termogravimetrico (TGA),
mientras que su actividad fotocatalítica fue seguida por cromatografía de gases (GC).
De acuerdo a los patrones de difracción de rayos X se observó que las reflexiones
presentes en los recubrimientos pertenecen principalmente a la fase anatasa. El tamaño de cristal (obtenido por Scherrer) se encuentra entre 4.4 y 6.8 nm, siendo la película obtenida de la solución tratada hidrotérmicamente a 150 °C por 1.5 h (A150/1.5) la que presenta el mayor tamaño de cristal, así como también mayor tamaño de partícula con un promedio de 6.7 nm, el cual fue determinado por el análisis de las imágenes obtenidas por TEM. Mediante SEM se observó que el recubrimiento con menor cantidad de defectos sobre el sustrato es para la película A150/1.5. Se determinó que el valor del band gap de los recubrimientos por tratamiento hidrotérmico fueron muy cercanos al valor del TiO2 P25, los cuales van de 3.2 a 3.3 eV. Se determinó que el área superficial de las muestras se encuentra entre 130 y 320 m2 /g. Para la determinación de la materia orgánica remanente en los recubrimientos, el Análisis Termogravimétrico indicó que para la muestra A150/1.5 solo permanece un 14%. A dos diferentes temperaturas ambiente, 35 y 10°C, se evaluó tanto la capacidad de hidroxilación/deshidroxilación como la actividad fotocatalítica mediante la degradación de propano (molécula modelo); la máxima capacidad de hidroxilación/deshidroxilación (mmoles H2Oad/mmolesH2Odes) la presenta el TiO2 P25 (a ambas temperaturas) con valores de 0.96 y 0.92 (35 y 10 °C respectivamente), seguida por la que exhibe la película A150/1.5 con valores de 0.89 y 0.87, respectivamente. Este mismo comportamiento es observado en la conversión del propano a CO2, donde el TiO2 P25 degrada en un 100 y 80 % para 35 y 10 °C, respectivamente al propano, seguida por la conversión que muestra la película A150/1.5 con un 100% y 56%, bajo los mismos tiempos de irradiación. Indoors air pollution has become a very important health issue due to the various type of pollutants to which humans are exposed. An example of these are the volatile organic compounds (VOCs). A major source of propagation of these contaminants is through air recirculation at indoors spaces (buildings, residences, industries, businesses, etc.) carried out by air condition systems, which work at temperatures below 25 °C. The process of heterogeneous photocatalysis for VOC removal is based on the oxidation of these compounds present in the air using a semiconductor catalyst, which is activated by light of a particular wavelength. One of the most used and studied photocatalysts in this process is titanium dioxide (TiO2). However, there are still some gaps to fill, especially when trying to obtain this in a film form over substrates that are temperature sensitive, such as polymers. The latter is the main reason why TiO2 and polypropylene were selected as study materials to conduct the present research project. Twelve TiO2 coatings on polypropylene (PP) were synthesized. Six sol-gel coatings and six sol-gel combined with hydrothermal treatment were synthesized. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), nitrogen physisorption (BET), diffuse reflectance spectroscopy (UV-VIS) and water adsorption and desorption test (TGA), while photocatalytic activity was followed by gas chromatography (GC). According to the observed XRD patterns from the coatings these were identified with the anatase phase. The crystal size (obtained by the Scherrer equation) was between 4.4 and 6.8 nm. While the film obtained from the hydrothermally treated solution at 150 °C for 1.5 h (A150/1.5) exhibited a larger crystal size averaging 6.7 nm, which was determined by an image analysis from TEM. SEM images from the A150/1.5 sample coating shown fewer and lower distribution of defects onto the substrate. It was found that the bandgap value for the coatings synthesized by hydrothermal treatment were very close to the value of TiO2 P25, which ranged from 3.2 to 3.3 eV. The surface area of the samples were between 130 and 320 m2 /g. A thermogravimetric analysis to determine the remaining organic matter was performed on A150/1.5 coating and this resulted in a 14% weight. The hydroxylation/dehydroxylation capacity as well as the photocatalytic activity toward the degradation of propane (model molecule) at two different environment temperatures (35 and 10 °C) were performed. The maximum hydroxylation/dehydroxylation capacity of (mmolH2Oad/mmolesH2Odes) was exhibited by the TiO2 P25 sample (at both temperatures) with values of 0.96 and 0.92 at 35 and 10 ° C, respectively. This followed by the A150/1.5 coating presenting values 0.89 (35 °C) and 0.87 (10 °C), respectively. The same behavior was observed in the conversion of propane to CO2, where TiO2 P25 degraded propane to CO2 at 100 and 80% for 35 and 10 °C, respectively, followed by the A150/1.5 sample coating with 100% (35 °C) and 56% (10°), under the same irradiation time. | |
| 2014-06 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| QUÍMICA ORGÁNICA | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Ciencia de Materiales |
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