Titania modificada con fluoruro, sulfatos y platino para la reducción fotoquímica de cromo (VI)
DOI:
https://doi.org/10.17533/udea.redin.20240304Palabras clave:
F-TiO2, S-TiO2, Pt-F-TiO2, Pt-S-TiO2, Cromo, fotoreducciónResumen
En este trabajo, la Titania se modificó por sulfatación o fluorización y platino en superficie, con el objetivo de mejorar la eficiencia en la reducción de Cr (VI) en comparación con el material TiO2 base sintetizado por el método sol-gel. Los materiales fueron caracterizados por DRX, SBET, UV-Vis DRS, FRX, TEM, FTIR y XPS. Las modificaciones permitieron obtener una mayor estabilidad en la fase Anatasa y en el área superficial del semiconductor. La adición de F y Pt en el TiO2 provocaron aumentos de absorción en la región visible del espectro electromagnético. Se observó una correlación entre las nuevas propiedades fisicoquímicas obtenidas tras la modificación del TiO2 y el rendimiento fotocatalítico del material. El mejor resultado en la reducción de cromo se obtuvo utilizando Pt-S-TiO2 como fotocatalizador, este material mostró una combinación adecuada de área superficial, alta absorción UV-Vis, alta hidroxilación y la existencia de nanopartículas de Pt en la superficie que favorecen un aumento de la vida media del par electrón-hueco. También se evaluaron parámetros de reacción que demostraron que el mejor desempeño fotocatalítico se obtuvo bajo atmósfera de N2, intensidad de luz de 120 W/m2 y 2 horas de tiempo total de reacción. Así mismo, se observó que aumentar el tiempo de reacción de 2 a 5 horas tuvo un efecto perjudicial sobre la eficiencia en la reducción de Cr (VI).
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F. Fu and Q. Wang, “Removal of heavy metal ions from wastewaters: a review,” Journal of Environmental Management, vol. 92, no. 3, Dec. 07, 2010. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.11.011
B. Henry, J. M. Vásquez, J. Moscoso-Cavallini, S. Oakley, L. Salguero, and P. Saravia. (2011) Tratamiento de aguas residuales domésticas en centroamérica. Acuerdo de cooperación USAID-CCAD. [Online]. Available: https://www.academia.edu/download/52717324/Manual_Aguas_residuales.pdf
R. Sarria-Villa, J. Gallo-Corredor, and R. Benítez-Benítez, “Tecnologías para remover metales pesados presentes en aguas. caso cromo y mercurio,” Journal de Ciencia e Ingeniería, vol. 12, no. 1, Jun. 11, 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.46571/JCI.2020.1.8
Y. Ibrahim, E. Abdulkarem, V. Naddeo, F. Banat, and S. Hasan, “Synthesis of super hydrophilic cellulose-alpha zirconium phosphate ion exchange membrane via surface coating for the removal of heavy metals from wastewater,” Science of The Total Environment, vol. 690, Jul. 03, 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.07.009
N. Qasem, R. Mohammed, and D. Lawal, “Removal of heavy metal ions from wastewater: A comprehensive and critical review,” npj Clean Water, vol. 4, no. 36, Jul. 08, 2021. [Online]. Available: https://doi.org/10.1038/s41545-021-00127-0
T. Kośla, M. Skibniewski, E. M. Skibniewska, I. Lasocka, and M. Kołnierzak, “Molybdenum, mo,” in Mammals and Birds as Bioindicators of Trace Element Contaminations in Terrestrial Environments, E. Kalisińska, Ed. Switzerland, AG: Springer, Cham., 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/978-3-030-00121-6_8
J. Hojman, J. Meichtry, M. Litter, and C. Coll, “Abatement of toxicity of effluents containing cr (vi) by heterogeneous photocatalysis. toxicity assessment by amphitox assay,” Ecotoxicology and Environmental Safety, vol. 122, Sep. 29, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.09.036
M. Litter, “Mechanisms of removal of heavy metals and arsenic from water by TiO2-heterogeneous photocatalysis,” Pure and Applied Chemistry, vol. 87, no. 6, Jan. 10, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1515/pac-2014-0710
J. Liu, Q. Liu, J. Li, X. Zheng, Z. Liu, and X. Guan, “Photochemical conversion of oxalic acid on heterojunction engineered FeWO4/g-C3N4 photocatalyst for high-efficient synchronous removal of organic and heavy metal pollutants,” Journal of Cleaner Production, vol. 363, Jan. 09, 2022. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.132527
K. Quiton, M. Lu, and Y. Huang, “Synthesis and catalytic utilization of bimetallic systems for wastewater remediation: A review,” Chemosphere, vol. 262, Sep. 18, 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128371
O. Sacco, J. Murcia, A. Lara, M. Hernández-Laverde, H. Rojas, J. Navío, and et al., “Pt–TiO2–Nb2O5 heterojunction as effective photocatalyst for the degradation of diclofenac and ketoprofen,” Materials Science in Semiconductor Processing, vol. 107, Nov. 21, 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.mssp.2019.104839
E. Kumar, T. Wang, H. Chi, and Y. Chang, “Hydrothermal and photoreduction synthesis of nanostructured α − Fe2O3/Ag urchins for sensitive SERS detection of environmental samples,” Applied Surface Science, vol. 604, Aug. 05, 2022. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154448
P. Kajitvichyanukul, J. Ananpattarachai, and S. Pongpom, “Sol–gel preparation and properties study of TiO2 thin film for photocatalytic reduction of chromium(VI) in photocatalysis process,” Science and Technology of Advanced Materials, vol. 6, no. 3-4, 2005. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.stam.2005.02.014
Y. Ku and I. Jung, “Photocatalytic reduction of cr (vi) in aqueous solutions by uv irradiation with the presence of titanium dioxide,” Water Research, vol. 35, no. 1, Nov. 14, 2000. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/S0043-1354(00)00098-1
R. Lakra, M. Kiran, and P. Korrapati, “Furfural mediated synthesis of silver nanoparticles for photocatalytic reduction of hexavalent chromium,” Environmental Technology & Innovation, vol. 21, Dec. 29, 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.eti.2020.101348
R. Djellabi, F. Ghorab, S. Nouacer, A. Smara, and O. Khireddine, “Cr(VI) photocatalytic reduction under sunlight followed by Cr(III) extraction from TiO2 surface,” Materials Letters, vol. 176, Apr. 11, 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.04.090
K. Vikrant and S. Weon and K.H. Kim and M. Sillanpää, “Platinized titanium dioxide (Pt/TiO2) as a multi-functional catalyst for thermocatalysis, photocatalysis, and photothermal catalysis for removing air pollutants,” Applied Materials Today, vol. 23, Mar. 05, 2021. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.apmt.2021.100993
J. Mesa, M. Laverde, H. Sarmiento, M. Angulo, J. Navío, and M. López, “Cómo el precursor de Ti está involucrado en la eficacia de los materiales Pt-TiO2 en la fotodegradación de metil naranja,” Revista Facultad de Ciencias Básicas, vol. 16, no. 2, 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.18359/rfcb.5013
J. Murcia, M. Hernández-Laverde, H. Rojas, E. Muñoz, J. Navío, and M. Hidalgo, “Study of the effectiveness of the flocculation-photocatalysis in the treatment of wastewater coming from dairy industries,” Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, vol. 358, Mar. 21, 2018. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.03.034
J. Murcia, A. Cely, H. Rojas, M. Hidalgo, and J. Navío, “Fluorinated and platinized titania as effective materials in the photocatalytic treatment of dyestuffs and stained wastewater coming from handicrafts factories,” Catalysts, vol. 9, no. 2, Feb. 14, 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.3390/catal9020179
G. Iervolino, V. Vaiano, J. Murcia, L. Rizzo, G. Ventre, G. Pepe, and et al., “Photocatalytic hydrogen production from degradation of glucose over fluorinated and platinized TiO2 catalysts,” Journal of catalysis, vol. 339, Apr. 18, 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.jcat.2016.03.032
Standard Test Methods for Chromium in Water, ASTM D1687-12, 2017.
W. G. Walter, “Standard methods for the examination of water and wastewater (11th ed.),” Home American Journal of Public Health (AJPH), vol. 51, no. 6, Jun. 01, 1961. [Online]. Available: https://doi.org/10.2105/AJPH.51.6.940-a
A. Kubiak, N. Varma, and M. Sikorski, “Insight into the led-assisted deposition of platinum nanoparticles on the titania surface: understanding the effect of leds,” Scientific Reports, vol. 12, Dec. 29, 2022. [Online]. Available: https://doi.org/10.1038/s41598-022-27232-5
H. Park, Y. Park, W. Kim, and W. Choi, “Surface modification of TiO2 photocatalyst for environmental applications,” Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, vol. 15, Nov. 15, 2012. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2012.10.001
T. Yamaki, T. Umebayashi, T. Sumita, S. Yamamoto, M. Maekawa, A. Kawasuso, and et al., “Fluorine-doping in titanium dioxide by ion implantation technique,” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, vol. 206, Feb. 12, 2003. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/S0168-583X(03)00735-3
A. Sobczyk-Guzenda, S. Owczarek, A. Wojciechowska, D. Batory, M. Fijalkowski, and M. Gazicki-Lipman, “Fluorine doped titanium dioxide films manufactured with the help of plasma enhanced chemical vapor deposition technique,” Thin Solid Films, vol. 650, Feb. 01, 2018. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2018.01.060
P. Connor, K. Dobson, and A. McQuillan, “Infrared Spectroscopy of the TiO2/Aqueous Solution Interface,” Langmuir, vol. 15, no. 7, Mar. 02, 1999. [Online]. Available: https://doi.org/10.1021/la980855d
M. Hidalgo, M. Maicu, J. Navío, and G. Colón, “Study of the synergic effect of sulphate pre-treatment and platinisation on the highly improved photocatalytic activity of TiO2,” Applied Catalysis B: Environmental, vol. 81, no. 1-2, Dec. 08, 2007. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2007.11.036
J. J. Murcia-Mesa, C. G. Patiño-Castillo, H. A. Rojas-Sarmiento, J. A. Navío-Santos, M. del C. Hidalgo-López, and A. A. Botero, “Photocatalytic treatment based on TiO2 for a coal mining drainage,” Revista Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, no. 107, Oct. 13, 2021. [Online]. Available: https://doi.org/10.17533/udea.redin.20211063
M. Litter, “Heterogeneous photocatalysis: transition metal ions in photocatalytic systems,” Applied catalysis B: environmental, vol. 23, no. 2-3, Oct. 11, 1999. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/S0926-3373(99)00069-7
C. Wang, X. Du, J. Li, X. Guo, P. Wang, and J. Zhang, “Photocatalytic cr (vi) reduction in metal-organic frameworks: A mini-review,” Applied Catalysis B: Environmental, vol. 193, Apr. 19, 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.04.030
E. Wahyuni, N. Aprilita, H. Hatimah, A. Wulandari, and M. Mudasir, “Removal of toxic metal ions in water by photocatalytic method,” American Chemical Science Journal, vol. 5, no. 2, Nov. 15, 2014. [Online]. Available: https://doi.org/10.9734/ACSJ/2015/13807
Por la cual se establecen los parámetros y los valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público y se dictan otras disposiciones, Resolución N° 0631, Under Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, Bogotá, CO, 2015. [Online]. Available: https://www.minambiente.gov.co/wp-content/uploads/2021/11/resolucion-631-de-2015.pdf
Derogado por el art. 79, Decreto Nacional 3930 de 2019, salvo los arts. 20 y 21. Por el cual se reglamenta parcialmente el Título I de la Ley 09 de 1979, así como el Capítulo II del Título VI-Parte III - Libro II y el Título III de la Parte III Libro I del Decreto 2811 de 1974 en cuanto a usos del agua y residuos líquidos, Decreto 1594, Under Ministerio de Comercio, Industria y Turismo, Bogotá, CO, 1984. [Online]. Available: https://www.mincit.gov.co/ministerio/normograma-sig/procesos-de-apoyo/gestion-de-recursos-fisicos/decretos/decreto-1594-de-1984.aspx
Y. Sun, Z. Liu, Y. Zhang, L. Han, and Y. Xu, “Highly porous ZnO modified with photochemical deposition of silver nanostructure for ultra-sensitive triethylamine detection,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 391, May. 25, 2023. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.134027
G. Chiarello, M. Dozzi, M. Scavini, J. Grunwaldt, and E. Selli, “One step flame-made fluorinated Pt/TiO2 photocatalysts for hydrogen production,” Applied Catalysis B: Environmental, vol. 160-161, May. 10, 2014. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.05.006
A. Sheoran and V. Sheoran, “Heavy metal removal mechanism of acid mine drainage in wetlands: a critical review,” Minerals engineering, vol. 19, no. 2, Oct. 04, 2005. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.mineng.2005.08.006
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