Aplicación de Procesos Fotocatalíticos al Tratamiento de Aguas

La eficiencia final de la reaccion fotocatalitica depende de diversos factores, uno de los mas criticos es la alta probabilidad de recombinacion de los pares electron-hueco, debido a que no hay una separacion fisica entre los sitios de las reacciones anodicas (oxidacion por huecos) y catodica (reduccion por electrones). Ademas, si se tiene en cuenta que el TiO2 es solo capaz de absorber radiacion electromagnetica por debajo de 390 nm, debido a su elevado valor de band-gap, la energia del espectro solar aprovechable por el TiO2 en fotocatalisis solar alcanza, en terminos cuantitativos, alrededor del 5%. Por ello, en las ultimas decadas 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 mas implantadas destacan, desde el dopaje del TiO2 con cationes o aniones, hasta su combinacion con otros materiales para obtener materiales hibridos o composites con elevadas fotoeficiencias en el rango UV-visible del espectro solar. Por ello, uno de los mayores retos de la fotocatalisis es la busqueda de nuevos catalizadores mas fotoeficientes que alcancen mayor grado de fotoactividad en el visible, con mayores velocidades de fotodegradacion de la materia organica presente en las aguas residuales con accion directa de la luz visible. Entre las distintas estrategias estudiadas, el desarrollo de nuevos fotocatalizadores que permitan mejorar sus propiedades fisico-quimicas, concretamente extender el rango de longitudes de onda donde el catalizador sea capaz de generar pares electron-hueco o incrementar el area superficial donde el contaminante puede ser adsorbido, son entre otros, algunos de los retos planteados actualmente en el campo de la fotocatalisis solar. En este contexto se enmarca una de las lineas de trabajo de la presente tesis doctoral, donde destaca la sintesis, caracterizacion y estudios de fotoactividad de catalizadores basados en TiO2 – oxido de grafeno reducido (rGO) que permitan mejorar sus propiedades fotocataliticas y mecanicas, para conseguir altos rendimientos de fotodegradacion con luz solar. Por otra parte, para llegar a alcanzar una aplicacion comercial de los procesos fotocataliticos para el tratamiento de aguas residuales, es necesario el desarrollo de modelos cineticos precisos con los que disenar y escalar correctamente los reactores fotocataliticos. Como consecuencia, es imprescindible desarrollar modelos cineticos intrinsecos, basados en un mecanismo de reaccion fotocatalitico, con una dependencia explicita de la radiacion absorbida en cada punto del reactor para disenar y escalar los procesos fotocataliticos. Previamente, para poder calcular los perfiles de radiacion, mediante la resolucion de la ecuacion de transferencia radiativa (RTE), es necesario obtener informacion relacionada con las propiedades opticas 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 opticas o en su eficiencia cuantica. Por todo ello, en este trabajo tambien se han desarrollado modelos cineticos con una dependencia explicita de la radiacion absorbida, capaces de reproducir y simular los resultados experimentales obtenidos en la fotodegradacion de acido clofibrico, un metabolito de un compuesto farmaceutico, y de fenol, contaminante modelo presente en los efluentes de numerosas industrias, cuyo vertido puede resultar muy peligroso y danino para el medio ambiente.