Síntesis y evaluación de fotocatalizadores de junta heterogénea con puntos cuánticos de WO3 en TiO2 para la degradación de naranja de Metilo y Fenol, usando luz visible y propuesta de un Modelo Cinético tipo Langmuir

Abstract

Dado el incremento de contaminación en el agua, es necesario buscar nuevas técnicas o incrementar la eficiencia de las existentes para disminuir las concentraciones de compuestos contaminantes y eventualmente producir agua para consumo humano, o para producir agua con menores niveles de compuestos para otros usos. Se determinó el desempeño con luz visible de fotocatalizadores novedosos de junta heterogénea tipo B, con puntos cuánticos (QDs) de WO3 con cargas (5, 10 y 20%) y g-C3N4 (10 y 20%) ambos como sensibilizadores, usando fotocatálisis heterogénea y como compuestos modelo naranja de metilo y fenol, en un reactor a escala de laboratorio, y basado en los resultados experimentales, se propuso un esquema de reacciones, un modelo cinético con la forma Langmuir Hinshelwood y se estimaron sus parámetros cinéticos. Se sintetizaron puntos cuánticos de óxido de tungsteno sobre TiO2 con el método sol-gel y como compuestos modelo se usaron naranja de metilo y fenol. El catalizador que reporto mejores resultados de degradación de naranja de metilo fue el 10% WO3QDs/TiO2 debido a que: tiene la mayor acidez de Lewis, tiene la menor energía de banda prohibida 3.0 eV (413 nanómetros), lo que permite que la reacción química se realice utilizando luz visible, reporto estabilidad en la producción de huecos. Al activar la heterounión, el papel de los puntos cuánticos fue propiciar que los huecos generados se transfieran a la superficie del TiO2 y de esta manera iniciar la reacción de degradación. Se considera que el WO3 al estar en forma de puntos cuánticos (diámetro de partícula inferior a diez nanómetros) tiene una mejor distribución sobre la superficie del TiO2, con respecto a la heterounión con WO3 comercial (tamaño micrométrico). Para la degradación de fenol, se propone un modelo cinético tipo Langmuir-Hinshelwood, basado en un esquema de reacciones en serie paralelo, debido a la degradación inmediata del carbono y a la aparición simultanea desde el inicio de hidroquinona y catecol y se estimaron los parámetros cinéticos de cada paso de reacción, obteniendo un modelo que consigue predecir de manera razonable a los perfiles de concentración de cada componente en el rango de concentraciones iniciales de fenol estudiado.