Degradación fotocatalítica de tolueno mediante nanopartículas de WO3 soportadas en Zeolita “Y” empleando luz visible.

Abstract

Resumen Éste trabajo estudió la actividad fotocatalítica de compositos WO3 soportados sobre faujasita en reacciones de degradación de tolueno en fase acuosa. Debido a que el tolueno es un compuesto orgánico volátil (VOC) usado de manera frecuente hoy día, puede encontrarse en muchos de los productos de uso común para el hogar, afectando la calidad del aire interior fácilmente. Se utilizó el WO3 debido a las reacciones de absorción que puede llegar a producir dentro del espectro de luz visible, mediante los cuales se activan procesos químicos de degradación de VOC´s. La síntesis de los catalizadores de WO3 se llevó a cabo mediante el método solvotérmico. Se utilizaron dos precursores de tungsteno, los cuales fueron Tungstato de sodio dihidratado (Na2WO4*2H2O), y Hexacloruro de tungsteno (WCl6). Estos fueron usados para evaluar posibles diferencias en su actividad fotocatalítica. La caracterización se realizó mediante difracción de rayos-X (XRD), análisis termogravimétrico (TGA), calorimetría digital de berrido (DSC), espectroscopía de reflectancia difusa UV-VIS, espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), microscopia electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de rayos X por dispersión de energía (EDS) y espectroscopía RAMAN. Todos los materiales obtenidos presentaron una estructura cristalina monoclínica con un tamaño de cristal en el intervalo de 36 a 38 nm. No se detectó un cambio significativo en las propiedades ópticas del material. Particularmente el band gap se mantuvo en valores de 2.5 eV para los semiconductores en bulto, mientras que los compositos tungsteno-faujasita mostraron valores de band gap de 2.6 eV. De igual manera se logró una buena dispersión del semiconductor en el soporte, lo cual fue corroborado mediante FTIR, en donde se observó que se mantienen las bandas características de cada uno de los materiales indicando que no hay una interacción química entre ellos. En las micrografías se observó de manera clara como están dispersas las nanopartículas de WO3 en la estructura de la faujasita. La actividad fotocatalítica de los compositos en el fotodegradación de tolueno fue muy sensible a la composición química, encontrándose los mejores resultados con el compósito 30WF-Cl el cual fue capaz de degradar el 98% del contaminante. Este comportamiento se explicó en términos de una óptima disprsión del WO3 en la faujasita, manteniendo una energía de banda prohibida adecuada para la absorción de fotones en la región del espectro visible.

Abstract This work studied the photocatalytic activity of WO3 composites supported on faujasite in toluene degradation reactions in aqueous phase. Because toluene is a volatile organic compound (VOC) used frequently today, it can be found in many commonly used produts at home, affecting the quality of indoor air easily. WO3 was used due to the absorption reactions that may occur within the visible light spectrum, through which chemical processes of degradation of VOC´s are activated. The synthesis of the WO3 catalysts was carried out by the solvothermal method. Two tungsten precursors were used, which were sodium tungstate dihydrate (NaWO4*2H2O), and tungsten hexachloride (WCl6). These were used to evaluate possible differences in their photocatalytic activity. The characterization was carried out by means of X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), digital scaning calorimetry (DSC), UV-VIS diffuse reflectance spectroscopy, infrared Fourier transform spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), X-ray spectroscopy by energy dispersion (EDS) and RAMAN spectroscopy. All the materials obtained had a monoclinic crystalline structure with a crystal size in the range of 36 to 38 nm. No significant change in the optical properties of the material was detected. In particular, the band gap remained at 2.5 eV values for bulk semiconductors, while tungsten-faujasite composities showed band gap values of 2.6 eV. Likewise, a good dispersion of the semiconductor was achieved in the support, which was corroborated by FTIR, where it was observed that there is no chemical interaction between them. In the micrographs it was clearly observed how the WO3 nanoparticles are dispersed in the structure of the faujasite. The photocatalytic activity of the composites in the photodegradation of toluene was very sensitive to the chemical composition, finding the best results with the composite 30WF-Cl which was able to degrade 98 % of the contaminant. This behavior was explained in terms of an optimal dispersion of the WO3 in the faujastie, maintaining a band gap energy adequate for the absorption of photons in the region of the visible spectrum.