Revista Boliviana de Química
versión On-line ISSN 0250-5460
Rev. Bol. Quim v.24 n.1 La Paz 2007
ARTÍCULO ORIGINAL
SILICOTITANATOS SINTETIZADOS POR
Cabrera Saúl (1), Salcedo Víctor (1), Pujro Richard (1), Crespo Pedro (1), Blanco Mario (2), Estrada Walter (3), Rodríguez Juan (3), Rimachi Clido (3)
1Laboratorio de Sólidos y Química Teórica, Instituto de Investigaciones Químicas (I.I.Q), UMSA, Campus Universitario Cota Cota. Calle Nro. 27. P. O. Box: 303,
ABSTRACT
The TiO2 and a novel binary oxide SiO/TiO2 was prepared by a new modified solgel method using atrane route were triethanolamine is a complex reagent acting how hydrolysis retarding has been favorably the homogeneity distribution in the oxide SiO2/TiO2 and your photocatalytic activity was investigated to phenol oxidation. The factors, such as the calcinations temperature of synthesis of oxide TiO2 and the ratio of SiO2:TiO2 in photocatalyst activity was investigated. It was showed that the TiO2 obtained at
Key words: Silicotitanatos, atranos, síntesis, fenol, oxidación fotocatalítica
RESUMEN
TiO2 y óxidos binarios en el sistema SiO2/TiO2 fueron preparados por la ruta de los atranos, donde la trietanolamina es utilizada como acomplejante, la cual favorece la retardación de la hidrólisis permitiendo una distribución homogénea de los heterometales en la matriz del óxido mixto, la actividad fotocatalítica de los materiales fue probada por oxidación de fenol. Factores como temperatura de calcinación en la síntesis del TiO2 y la proporción de SiO2 frente al TiO2 fue evaluada en la actividad fotocatalítica. El TiO2 obtenido a
INTRODUCCIÓN
El proceso fotocatalítico, considerado actualmente como una nueva tecnología avanzada de oxidación (1), esta siendo utilizado para la eliminación de contaminantes en sistemas acuosos y gaseosos (2), esto por su bajo costo y sencilla implementación (3-4). Entre los compuestos orgánicos contaminantes se encuentra el fenol (3), estudios de la fotodegradación del fenol han sido desarrollados en función de la radiación UV, en la presencia de oxigeno o con TiO2 y oxigeno (3-5).
Si bien los procesos fotocataliticos están centrados en la utilización de TiO2 o ZnO a causa de su ancho de banda característica en la zona del UV (6,7), nuevos materiales de TiO2/SiO2 han presentado interés por su estabilidad térmica y química, siendo aptos para proceso fotocatliticos (8-9). La estructura de estos materiales basada en tetraedros de sílice, inicialmente es afecta por la presencia de bajos contenidos de titanio, que si bien inicialmente se tiende a producir una disolución homogénea donde el titanio se encuentra en entorno tetraédrico, grandes concentraciones de este elemento de transición favorece la formación de entornos octaédricos y una progresiva segregación de fases, promocionando en casos controlados la generación de microdominios de Titania (con diferentes fases), dependientes del método de síntesis y/o el tratamiento térmico (9-10).
El presente articulo muestra la síntesis de óxidos mixtos de Ti 1-x SixO2, sintetizados por la ruta de los atranos, los cuales han sido probados para la eliminación fotocatalitica de fenol.
RESULTADOS Y DISCUSIONES
Estrategia de síntesis
La estrategia de síntesis permite eliminar la gran diferencia de reactividad entre especies usualmente utilizadas como precursoras de Ti y Si (tales como los alcoxidos). En efecto los complejos atrano (es decir especies que incluyen especies tipo TEA como ligantes) son en general, inestables, pero relativamente inertes a la hidrólisis (11). Por Fast Atomic Bombardment acoplado a un espectrógrafo de masas se ha identificado para la relación 2M:7TEA:xH2O en ausencia de agua (x = 0) las especies mayoritarias acomplejadas tipo M(TEA)2H2 para M = Si o Ti. Después de la adición de agua (x = 180) se observa la formación de especies tipo M(TEA)OH, en estas condiciones, el factor de mayor importancia para el silatrano y el titanatrano es la inercia de su actividad hidrolítica (en comparación de los respectivos alcoxidos), los cuales solo pueden ser hidrolizados a partir de generar condiciones drásticas como incremento de temperatura a pH básico. Por tanto el TEAH3, al acomplejar al Si o Ti, actúa como un agente retardante de la hidrólisis, lo cual es un factor clave para adecuar las velocidades de reacción de hidrólisis entre el Ti y el Si, para obtener óxidos altamente homogeneos (11,12).
Titania pura
Los espectros de Difracción de Rayos X para la serie de Titania pura (x = 0) en función de la temperatura, permite identificar para el producto calcinado a
Figura N°. 1 Espectros de difracción de rayos X para TiO2 sintetizadas a: a)
Figura N°. 2. Espectros de DRX para la serie Ti 1-x SixO2 con x igual a: a) 0.0, b) 0.25, c) 0.50, d) 0.75 y e) 1.0, R = Rutilo y A = Anatasa.
El estudio de difracción de rayos X, de la serie de Ti0,5Si0,5O2 en función de la temperatura (Figura N°3), muestra inicialmente la presencia de la fase tipo anatasa (desde
Figura N°. 3. Espectros de DRX para la serie Ti 1-x SixO2 con x igual a 0.5 en funcion de la temperatura: a)
Oxidación fotocatalítica de fenol
Los resultados de la actividad de adsorción de las muestras de la serie de TiO2 obtenidos a diferentes temperaturas se reportan en
Figura N° 4. Adsorción de fenol en función del tiempo para titania sintetizada a diferentes temperaturas: Muestra patrón P25, A/R = 100/0 (T =
Figura N° 5. Adsorción y oxidación fotocatalítica de fenol en función del tiempo para titanias sintetizadas a diferente temperatura: muestra patrón P25, A/R = 100/0 (T =
La actividad conjunta de adsorción y fotocatálisis (Figura N°5) permite identificar que los óxidos obtenidos a
Figura N° 6. Actividad fotocatalítica, para la oxidación de fenol, de titanias sintetizadas a diferente temperatura en función del tiempo: Muestra patrón P25, A/R = 100/0 (T =
En la figura N° 7 se muestra la adsorción de fenol en función del tiempo para la serie de óxidos mixtos, si bien los extremos de Silica y Titania pura no presentan una alta adsorción de fenol, comportamiento parecido al P25, los productos mixtos adquieren una mayor actividad de adsorción con un máximo en las primeras dos horas, produciéndose posteriormente la desorción.
Figura N° 7. Adsorción de fenol en función del tiempo para silicotitanias Ti 1-x SixO2 con diferentes relaciones de Si/Ti. Muestra patrón P25, 1/0, 4/1, 1/1, 1/4, 0/1.
Como se muestra en
Figura N° 8. Degradación fotocatalítica de fenol en función del tiempo para silicotitanias Ti 1-x SixO2 con diferentes proporciones de Si/Ti: Muestra patrón P25, 4/1, 1/1, 1/4.
EXPERIMENTAL
Síntesis y caracterización de los óxidos mixtos
Se preparo por la ruta de los atranos una serie de óxidos mixtos de Ti 1-x SixO2 con x igual a 0, 0.25, 0.5, 0.75 y 1.0. La síntesis es a partir de la preparación de silatrano y titanatrano por el metodo de los atranos , (donde el 2, 2ª, 2b nitrilotrietanol, denominado TEAH3, es utilizado como agente retardante de la hidrólisis) (11-13). Una síntesis típica parte de la disolución de amoniaco (5 ml, 0.03 mol) en una solución que contiene una relación diferenciada de titanatrano y silatrano (ej. 10 ml, 0.5 mmol Ti y 10 ml, 0.5 mmol en Si), posteriormente esta fue envejecida a una temperatura de
Fotocatálisis
Las pruebas de fotocatálisis de fenol se realizaron en botellas PET de 600 ml, a las que se introdujeron 500 ml de solución de fenol [20 ppm] y 3 ppm del oxido. Una vez homogeneizada la solución se sometío a radiación solar simulada durante 4 horas, utilizando lámparas UV-A con un rango de longitud de onda entre
CONCLUSIONES
La ruta de los atranos permite controlar la velocidad de hidrólisis de especies de Si y Ti, permitiendo obtener la precipitación de hidróxidos por procesos sol gel altamente homogéneos en su distribución elemental, esto es posible por que el TEAH3 al acomplejar al Ti y Si, actúa como agente retardante de la hidrólisis. El estudio de la serie TiO2 en función de la temperatura muestra que la ruta de los atranos, como en procesos sol-gel típicos, la temperatura de transición anatasa:rutilo es menor que la del método tradicional. El estudio en función de la relación de Si/Ti, sugiere que el incremento de proporción de TiO2 sobre SiO2 favorece la generación de microdominios de TiO2 tipo anatasa dentro del SiO2 amorfo. El estudio de la fase Ti0,5Si0,5O2, ha demostrado que a altas temperaturas existe la segregación de la fase favoreciéndose la formación de dominios de TiO2 inicialmente de tipo anatasa, la cual en parte se transformación hacia la fase rutilo(T =
La actividad fotocatalitica para los óxidos de Titano sintetizados por la ruta de los atranos, presentan en general una mayor capacidad de adsorción que el P25, no obstante esto no favorece la actividad fotocatalitica, a excepción del producto obtenido a
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen el apoyo de
REFERENCIAS
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