Síntesis y caracterización de TiO2-Se para procesos de remediación

Abstract

El TiO2 es utilizado en múltiples aplicaciones, entre las cuales se distingue la fotocatálisis para la descontaminación ambiental. Con el objetivo de desarrollar materiales con una mejor respuesta fotocatalítica, se ha optado por la incorporación de otros materiales en el TiO2, utilizando diferentes parámetros experimentales. Este trabajo resume los aspectos fundamentales de la fotocatálisis y presenta los resultados obtenidos a partir de las síntesis, caracterización y evaluación fotocatalítica de polvos de TiO2 puro y TiO2-Se. El TiO2 puro se sintetizó mediante el método sol-gel, y posteriormente se empleó un proceso de selenización para incorporar selenio en el TiO2 previamente obtenido. Durante esta etapa, se variaron parámetros experimentales como la concentración de selenio, el tiempo y la temperatura de recocido, con el fin de mejorar las propiedades fotocatalíticas de las muestras. Las propiedades estructurales, ópticas y morfológicas de las muestras obtenidas fueron caracterizadas mediante técnicas de difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB), espectrometría de fluorescencia de rayos X (WD-FRX) y espectroscopía ultravioleta-visible (UV-Vis). El análisis realizado mediante el difractómetro de rayos X indicó que todas las muestras sintetizadas presentaron una estructura tetragonal en fase anatasa. A partir del análisis MEB, se observó que, a medida que aumentaba la concentración de selenio, la morfología de la muestra mostraba una mejor compactación en la superficie del material. Por otro lado, a través de la espectroscopía UV-Vis, se mostró que la incorporación de selenio permitió que el material se desplace al espectro visible. En la evaluación fotocatalítica, los resultados mostraron que la muestra de TiO2-Se al 10%, tratada a 500 °C durante 30 minutos, presentó una degradación del colorante azul de metileno de un ~99% en un medio acuoso, a diferencia del TiO2 puro que presento una degradación del ~49%, la cual mostró una menor eficiencia de degradación en un tiempo de 180 minutos. TiO2 is used in various applications, among which photocatalysis for environmental decontamination stands out. With the aim of developing materials with better photocatalytic response, the incorporation of other materials into TiO2 has been explored, using different experimental parameters. This work summarizes the fundamental aspects of photocatalysis and presents the results obtained from the synthesis, characterization, and photocatalytic evaluation of pure TiO2 and TiO2-Se powders. Pure TiO2 was synthesized using the sol-gel method, and a selenization process was then employed to incorporate selenium into the previously obtained TiO2. During this stage, experimental parameters such as selenium concentration, annealing time, and temperature were varied to improve the photocatalytic properties of the samples. The structural, optical, and morphological properties of the obtained samples were characterized using techniques such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), X-ray fluorescence spectrometry (WD-XRF), and ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy. The analysis performed with the X-ray diffractometer indicated that all synthesized samples exhibited a tetragonal anatase phase structure. From the SEM analysis, it was observed that as the selenium concentration increased, the morphology of the sample showed better compaction on the material's surface. On the other hand, UV-Vis spectroscopy showed that the incorporation of selenium allowed the material to shift into the visible spectrum. In the photocatalytic evaluation, the results showed that the TiO2-Se 10% sample, treated at 500°C for 30 minutes, exhibited a 99% degradation of methylene blue dye in an aqueous medium, compared to pure TiO2, which showed a degradation of 49%, demonstrating lower degradation efficiency over a period of 180 minutes.