Resumen de Aplicación de Procesos Fotocatalíticos al Tratamiento de Aguas
La eficiencia final de la reacción fotocatalítica depende de diversos factores, uno de los más críticos es la alta probabilidad de recombinación de los pares electrón-hueco, debido a que no hay una separación física entre los sitios de las reacciones anódicas (oxidación por huecos) y catódica (reducción por electrones). Además, si se tiene en cuenta que el TiO2 es solo capaz de absorber radiación electromagnética por debajo de 390 nm, debido a su elevado valor de band-gap, la energía del espectro solar aprovechable por el TiO2 en fotocatálisis solar alcanza, en términos cuantitativos, alrededor del 5%. Por ello, en las últimas décadas se han dedicado muchos esfuerzos a extender la respuesta espectral a la zona del visible, mediante modificaciones de la estructura del TiO2, para alcanzar un mayor aprovechamiento de la luz solar. Entre las alternativas más implantadas destacan, desde el dopaje del TiO2 con cationes o aniones, hasta su combinación con otros materiales para obtener materiales híbridos o composites con elevadas fotoeficiencias en el rango UV-visible del espectro solar. Por ello, uno de los mayores retos de la fotocatálisis es la búsqueda de nuevos catalizadores más fotoeficientes que alcancen mayor grado de fotoactividad en el visible, con mayores velocidades de fotodegradación de la materia orgánica presente en las aguas residuales con acción directa de la luz visible. Entre las distintas estrategias estudiadas, el desarrollo de nuevos fotocatalizadores que permitan mejorar sus propiedades físico-químicas, concretamente extender el rango de longitudes de onda donde el catalizador sea capaz de generar pares electrón-hueco o incrementar el área superficial donde el contaminante puede ser adsorbido, son entre otros, algunos de los retos planteados actualmente en el campo de la fotocatálisis solar.
En este contexto se enmarca una de las líneas de trabajo de la presente tesis doctoral, donde destaca la síntesis, caracterización y estudios de fotoactividad de catalizadores basados en TiO2 – óxido de grafeno reducido (rGO) que permitan mejorar sus propiedades fotocatalíticas y mecánicas, para conseguir altos rendimientos de fotodegradación con luz solar.
Por otra parte, para llegar a alcanzar una aplicación comercial de los procesos fotocatalíticos para el tratamiento de aguas residuales, es necesario el desarrollo de modelos cinéticos precisos con los que diseñar y escalar correctamente los reactores fotocatalíticos. Como consecuencia, es imprescindible desarrollar modelos cinéticos intrínsecos, basados en un mecanismo de reacción fotocatalítico, con una dependencia explícita de la radiación absorbida en cada punto del reactor para diseñar y escalar los procesos fotocatalíticos. Previamente, para poder calcular los perfiles de radiación, mediante la resolución de la ecuación de transferencia radiativa (RTE), es necesario obtener información relacionada con las propiedades ópticas de los fotocatalizadores. Sin embargo, hasta ahora no hay estudios en los cuales se haya analizado la influencia de la cantidad de rGO presente en el nanocomposite de TiO2-rGO en sus propiedades ópticas o en su eficiencia cuántica.
Por todo ello, en este trabajo también se han desarrollado modelos cinéticos con una dependencia explícita de la radiación absorbida, capaces de reproducir y simular los resultados experimentales obtenidos en la fotodegradación de ácido clofíbrico, un metabolito de un compuesto farmacéutico, y de fenol, contaminante modelo presente en los efluentes de numerosas industrias, cuyo vertido puede resultar muy peligroso y dañino para el medio ambiente.
