desempeno del tio2 modificado con ag en la fotodesinfeccion de agua bajo iluminacion visible
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tesis UISTRANSCRIPT
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DESEMPEO DEL TiO2 MODIFICADO CON Ag EN LA FOTODESINFECCIN DE AGUA BAJO ILUMINACIN VISIBLE Y RADIACIN SOLAR SIMULADA
ADRIANA TERESA JURADO MORA DIANA MARCELA SISSA GMEZ
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERAS FSICO-QUMICAS CENTRO DE INVESTIGACIONES EN CATLISIS
ESCUELA DE INGENIERA QUMICA BUCARAMANGA
2011
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DESEMPEO DEL TiO2 MODIFICADO CON Ag EN LA FOTODESINFECCIN DE AGUA BAJO ILUMINACIN VISIBLE Y RADIACIN SOLAR SIMULADA
ADRIANA TERESA JURADO MORA DIANA MARCELA SISSA GMEZ
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al ttulo de: Ingeniero Qumico
Director Prof. SONIA AZUCENA GIRALDO DUARTE
Co-director
Prof. ARISTBULO CENTENO HURTADO
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERAS FSICO-QUMICAS CENTRO DE INVESTIGACIONES EN CATLISIS
ESCUELA DE INGENIERA QUMICA BUCARAMANGA
2011
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DEDICATORIA
Gracias a Dios por transmitirme la sabidura y el conocimiento para lograr esta meta.
A mis padres Teresa Mora y Cesar Jurado por su motivacin, su cario, sus consejos y su apoyo incondicional en la realizacin de este sueo pues gracias a ellos obtengo una de mis primeros logros personales.
A mi familia, a Cesar Augusto Jurado y Roger Romn por su compaa, su confianza y su colaboracin en la construccin de esta meta.
A mis amigos, compaeros y profesores por brindarme su amistad, por su ayuda y sus consejos, por compartir sus valiosos conocimientos, pues junto a ellos viv una de mis mejores experiencias de vida.
Adriana Teresa Jurado Mora
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DEDICATORIA
A Dios, Seor y creador de todo por darme la sabidura y fortaleza para alcanzar esta meta.
A mis padres Jorge y Bismarck por su esfuerzo y apoyo incondicional durante este tiempo para el
logro de este objetivo.
A mis queridos hermanos Germn, Javier, Claudia y a mi sobrino Julin Andrs por su apoyo y
oraciones que me han acompaado todo este tiempo.
A mis amigos, compaeros y profesores.
DIANA MARCELA SISSA GMEZ
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AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan sus agradecimientos a:
COLCIENCIAS por su apoyo econmico.
La Universidad Industrial de Santander, en especial a la Escuela de Ingeniera
Qumica por la formacin y conocimientos brindados que fueron base para el
desarrollo de este trabajo.
Los profesores Sonia Azucena Giraldo y Aristbulo Centeno por la oportunidad de
trabajar en su grupo de investigacin; por su constante gua y valiosos aportes a
esta investigacin.
Todos los miembros del CICAT por su apoyo y colaboracin prestada durante el
desarrollo de este trabajo, en especial al Doctor Camilo Andrs Castro Lpez por
su apoyo y orientacin en el desarrollo de este proyecto y a la estudiante de
Maestra Andrea Liliana Moreno que nos ha transmitido su pasin por la
investigacin y por su colaboracin constante.
Roger A. Romn J. por su aporte intelectual y colaboracin para el diseo y
ensamble de la cmara de reaccin.
Dios, a nuestras familias y amigos, por su apoyo y por ser nuestra fortaleza.
Todas aquellas personas que de una u otra forma colaboraron o participaron en la
realizacin de esta investigacin, hacemos extensivo nuestro ms sincero
agradecimiento.
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Contenido
INTRODUCCIN ........................................................................................................................... 16
1. MARCO TERICO ................................................................................................................ 17
2. DESARROLLO EXPERIMENTAL ....................................................................................... 23
2.1. Sntesis decatalizadores ....................................................................................................... 23
2.1.1. Materiales y Reactivos ....................................................................................................... 23
2.1.2. Mtodo sntesis hidrotrmal .............................................................................................. 23
2.2. CARACTERIZACIN DE LOS FOTOCATALIZADORES ............................................... 24
2.2.1. Difraccin de Rayos X (DRX) ............................................................................................ 24
2.2.2. Adsorcin - Desorcin de Nitrgeno ........................................................................... 24
2.2.3. Espectroscopia Infrarrojo (FTIR) .................................................................................. 25
2.2.4. Espectroscopia de Reflectancia Difusa (DRS) .......................................................... 25
2.3. Evaluacin Fotocataltica .................................................................................................. 25
2.3.1. Cultivo de E. coli ATCC 11229.......................................................................................... 25
2.3.2. Reaccin de fotodesinfeccin de E. coli en agua ..................................................... 26
2.3.2.1. Radiacin solar simulada .......................................................................................... 27
2.3.2.2. Luz visible (blanca) ................................................................................................... 27
2.3.2.3. Oscuridad .................................................................................................................... 27
2.3.3. Determinacin del tiempo de desinfeccin efectiva (TDE24) ................................... 28
2.3.4. Estabilidad de fotocatalizadores .................................................................................. 28
3. RESULTADOS Y DISCUSIN ............................................................................................ 29
3.1. Caracterizacin de los fotocatalizadores ............................................................................ 29
3.1.1. Difraccin deRayos X (DRX) ............................................................................................. 29
3.1.2. Adsorcin - Desorcin de Nitrgeno ................................................................................ 30
3.1.3. Espectroscopa Infrarroja (FTIR) ...................................................................................... 31
3.1.4. Espectroscopia de Reflectancia Difusa (DRS) ............................................................... 32
3.2. Actividad Fotocataltica .......................................................................................................... 34
3.2.1. Radiacin solar simulada a 250 W/m2 y 400W/m2 ......................................................... 34
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10
3.2.2. Luz visible ........................................................................................................................ 36
3.2.3. Oscuridad ............................................................................................................................. 37
CONCLUSIONES........................................................................................................................... 39
RECOMENDACIONES ................................................................................................................. 40
ANEXOS .......................................................................................................................................... 47
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LISTA DE FIGURAS
Pg.
Figura 1. Diagrama energtico de un semiconductor durante el proceso de foto-
oxidacin. ............................................................................................................... 19
Figura 2. Esquema de procesos redox que ocurren en la interfaz TiO2-electrolito
bajo radiacin solar. ............................................................................................... 20
Figura 3. Esquema de degradacin fotocataltica en solucin acuosa del TiO2
dopado con plata bajo irradiacin UV-A ................................................................. 22
Figura 5. FTIR de los catalizadores TiO2 intrnseco y Ag(x)/TiO2. ........................ 32
Figura 6.DRS de los catalizadores sintetizados con Ti(O-But)4, a) TiO2, b)
Ag(2)/TiO2, c) Ag(4)/TiO2y d) Ag(8)/TiO2. .............................................................. 33
Figura 7.Fotodesinfeccin de agua con E. colibajo radiacin solar simulada a 250
W/m2a)TiO2intrnsecosy b) Ag(x)/TiO2 ................................................................... 34
Figura 8.Fotodesinfeccin de agua con E. coli bajo radiacin solar simulada a 400
W/m2 a) TiO2 intrnsecos y b) Ag(x)/TiO2 ............................................................... 35
Figura 9. Desinfeccin fotocataltica de agua con E.coli de los catalizadores TiO2
intrnsecos y Ag(x)/TiO2bajo radiacin visible. ....................................................... 36
Figura 10. Desinfeccin fotocataltica de agua con E. coli de los catalizadores TiO2
intrnsecos y Ag(x)/TiO2en ausencia de luz. .......................................................... 37
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LISTA DE TABLAS
Pg.
Tabla 1. Propiedades texturales de los catalizadores preparados. ....................................... 30
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ANEXOS
ANEXO A. CMARA DE REACCIN .................................................................... 47
ANEXO B. TIEMPOS DE DESINFECCIN EFECTIVOS (TDE24) DE LOS
CATALIZADORES. ................................................................................................ 49
ANEXO C. ISOTERMAS DE ABSORCIN Y DESORCIN DE N2 ...................... 50
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RESUMEN
TITULO: DESEMPEO DEL TiO2 MODIFICADO CON Ag EN LA FOTODESINFECCIN DE AGUA BAJO ILUMINACIN VISIBLE Y RADIACIN SOLAR SIMULADA* AUTORES: ADRIANA TERESA JURADO MORA, DIANA MARCELA SISSA GMEZ** PALABRAS CLAVES: Fotocatlisis heterognea, TiO2-Ag, sntesis hidrotermal, E. coli. La fotocatlisis heterognea hace parte de las Tecnologas Avanzadas de Oxidacin (TAOs), siendo as una tecnologa eficiente, econmica y de fcil aplicabilidad utilizada para la descontaminacin y desinfeccin; la capacidad de degradar compuestos orgnicos, entre otros, se debe a la formacin de especies reactivas oxidantes (ROS). Varios estudios han evidenciado su efectividad utilizando como catalizador TiO2 modificado con metales de transicin.
Fotocatalizadores sintetizados y modificados con Ag fueron preparados con el fin de mejorar la respuesta del TiO2, ampliando la absorcin de luz de los catalizadores hacia el rango visible del espectro y por tanto su efectividad en la fotodesinfeccin de agua.
Fotocatalizadores de TiO2 y Ag(x)/TiO2 con concentraciones 0,5; 2,0; 4,0 y 8,0% molar de Ag fueron evaluados bajo tres condiciones de reaccin: radiacin solar simulada, luz visible y oscuridad. El mtodo de sntesis de los fotocatalizadores fue el hidrotermal. El microorganismo modelo utilizado para la desinfeccin de agua fue E.coli ATCC11229.
Los resultados obtenidos muestran un aumento en la fotoactividad del TiO2 debido a la absorcin de luz visible, generando el efecto plasmnico en la superficie de las partculas de Ag. Tambin se evidencia que la fotoactividad est influenciada por el precursor de Ti y la concentracin de Ag en el fotocatalizador. Los fotocatalizadores fueron caracterizados con tcnicas como DRX, FTIR, DRS y Absorcin y desorcin de Nitrgeno.
Este trabajo se realiz en el Centro de Investigaciones en Catlisis (CICAT) de la escuela de Ingeniera Qumica de la Universidad Industrial de Santander con el apoyo de COLCIENCIAS.
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*Proyecto de Grado **Facultad de Ing. Fsico-Qumicas. Escuela de Ing. Qumica. Prof. Sonia A. Giraldo. Prof. Aristbulo Centeno
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ABSTRACT
TITLE: PERFORMANCE OF Ag-TiO2 PHOTOCATALYSTS TOWARDS THE PHOTOCATALYTIC DISINFECTION OF WATER UNDER VISIBLE LIGHTING AND SOLAR SIMULATED LIGHT IRRADIATIONS AUTHORS: ADRIANA TERESA JURADO MORA, DIANA MARCELA SISSA GMEZ** KEYWORDS: Heterogenic Photocatalysis, TiO2-Ag, hidrothermal synthesis, E. coli.
Heterogeneus Photocatalysis is part of the Advanced Technologies Oxidation (TAOs) making it an efficient, economical and easy to use even in decontamination and disinfection; the ability to degrade organic compounds, among others, due to the formation of reactive oxidants species (ROS). Several studies have showed great effectiveness using TiO2 modified with transition metals as a catalyst.
Synthesized and modified photocatalysts with Ag were made in order to improve TiO2 development, increasing light absorption catalysts to the visible spectral range and therefore its effectiveness in water photodisinfection.
TiO2 and Ag(x)/TiO2 photocatalysts with 0,5; 2,0; 4,0 and 8,0% molar concentrations of Ag were evaluated under three reactions conditions: emulated sunlight, visible light and darkness. Hydrothermal was the synthesis method for the photocatalysts. E.coli ATCC11229 was used in order to do the water treatment.
The outcomes showed an increase in the TiO2photoactivity due to the absorption of visible light, generating the plasmonic effect in the particles Ag surface. This also showed that Ti precursor and Ag concentration in the photocatalyst have a real influence in the photoactivity. Photocatalysts were characterized by means of XRD, FTIR, DRS and nitrogen absorption and desorption analyses.
This work was developed in the Catalysis Research Centre (CICAT), Chemical Engineering department, Universidad Industrial de Santander and with the support of COLCIENCIAS.
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*Degree Project **Physical-Chemical school of Engineering. Prof. Sonia A. Giraldo. Prof. Aristbulo Centeno
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INTRODUCCIN
El desarrollo de nuevas tcnicas para la desinfeccin de agua ha tomado gran
inters en la comunidad cientfica ya que este recurso escasea cada da ms. Es
as como la fotocatlisis heterognea (FH), que forma parte de las tcnicas de
oxidacin avanzadas (TAOs), han adquirido gran importancia por ser un recurso
eficiente y econmico que emplea el TiO2 y luz UV [1].
Diversos trabajos se han realizado para mejorar la fotoactividad del TiO2
ampliando la absorcin de luz del mismo hacia el rango visible, ya que para la
excitacin de los electrones toma longitudes de onda de la regin UV; esto se
puede logar con el dopaje del catalizador, ya sea modificando la superficie o
sustituyendo iones de la red [2].
Estudios recientes han revelado que el dopaje del TiO2 con metales de transicin
(Ag, Au, Pt y Pd) ampla la regin espectral hacia el rango visible y evitan la
recombinacin de las parejas e-/h+ que se generan al irradiar el TiO2 con luz UV.
Adems, la Ag resulta atractiva en aplicaciones de desinfeccin fotocataltica
debido a sus propiedades bactericidas y bacteriostticas que favorecen la
inactivacin de microorganismos [3, 4,5].
En este trabajo se reporta la sntesis hidrotermal de TiO2 intrnseco y modificado
con diferentes concentraciones de Ag y el estudio de su fotoactividad en la
inactivacin de E. coli bajo radiacin solar simulada, luz visible y en ausencia de
luz. Tambin se realiz la caracterizacin del material con las tcnicas DRX,
Adsorcin-Desorcin de nitrgeno, DRS y FTIR y con el fin de ver la influencia de
la plata en la estructura y propiedades del catalizador.
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1. MARCO TERICO
El campo de aplicacin de la catlisis abarca tanto la prevencin de la
contaminacin mediante la elaboracin de nuevas rutas catalticas ms limpias,
como la degradacin de contaminantes recalcitrantes a los tratamientos
convencionales de eliminacin y la inactivacin de microorganismos patgenos. La
fotocatlisis heterognea (FH) forma parte de las llamadas TAOs (tecnologas
avanzadas de oxidacin) que comprenden la generacin de especies reactivas
oxidantes (ROS), por la accin de reduccin del O2 y oxidacin del H2O,como los
radicales hidroxilo (OH), los cuales reaccionan rpidamente y en forma no
selectiva con los contaminantes orgnicos degradndose a CO2, agua e iones
inorgnicos [1,3,4, 6].
La fotocatlisis heterognea es un proceso que se basa en la absorcin directa o
indirecta de energa radiante (visible o UV) por un slido (el fotocatalizador
heterogneo, que normalmente es un semiconductor de banda ancha). En la
regin interfacial entre el slido excitado y la solucin tienen lugar las reacciones
de destruccin o de remocin de los contaminantes, sin que el catalizador sufra
cambios qumicos [7]. Este proceso se ve afectado por varios parmetros como
la temperatura de reaccin, intensidad de la luz y el tiempo de desinfeccin
efectivo (TDE24) (tiempo necesario para abolir el recrecimiento de bacterias
despus de un periodo definido en la oscuridad (24 o 60 h), luego de haber
terminado la reaccin) [8, 9]
Actualmente el TiO2 es el semiconductor ms utilizado ya que es qumica y
biolgicamente inerte, es estable frente a la fotocorrosin y corrosin qumica, es
altamente eficiente y su costo es bajo [10].
El dixido de titanio puede ser obtenido mediante diferentes mtodos como: sol-
gel, hidrotermal, oxidacin del tetracloruro de titanio, entre otros. La sntesis
Hidrotermal y sol-gel son mtodos alternativos de fcil aplicacin industrial, rpida,
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econmica y reproducible [11]; stos mtodos difieren en la cantidad de agua que
se utiliza en la hidrlisis, cantidades estequiomtricas de agua conducen a la
formacin del gel en el mtodo sol-gely cantidades mayores conducen a una
suspensin de partculas de TiO2 en la sntesis hidrotermal [12]. El TiO2 se
presenta principalmente en tres formas cristalinas: brookita, rutilo y anatasa; esta
ltima no es termodinmicamente la ms estable, pero es la ms utilizada en
cuanto a la fotoactividad en estudios de degradacin fotocataltica debido a su
capacidad de adsorber el oxgeno, evitar la recombinacin del par e-/h+ y
favorecer la captura de electrones [6,13,14].
El TiO2 tiene una banda prohibida (bandgap) que se encuentra entre 3,02-3,23 eV
(segn si su estructura cristalina es rutilo o anatasa, respectivamente), por tal
motivo el TiO2 solo puede aprovechar del 3- 5% de la intensidad de luz solar, que
corresponde a la zona ultravioleta cercana (UV-A), cuyas longitudes de onda ()
son menores a los 400 nm [2,3].
El principio bsico de la FH con TiO2ocurre cuando un fotn con una energa h
que iguala o supera la energa de la banda prohibida (Eg) del TiO2 incide sobre
ste (Fig.1), es aqu donde se promueve un electrn (e-), de la banda de valencia
(BV) a la banda de conduccin (BC), quedando en la primera estados vacos o
huecos (Ec. 1) [15]. En esta situacin, se produce una absorcin de estos fotones
y la formacin, de pares electrn-hueco (e-/h+).
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Figura 1. Diagrama energtico de un semiconductor durante el proceso de foto-
oxidacin.
Fuente: A. Garca Ripoll [16].
El par (e-/h+) portador de carga puede provocar reacciones qumicas redox que se
presentan en la superficie del slido excitado o en la regin interfacial entre el
slido excitado y la solucin, los huecos fotogenerados dan lugar a las reacciones
de foto-oxidacin, mientras que los electrones de la banda de conduccin dan
lugar a las reacciones de foto-reduccin (Fig. 2) [16, 17].
Los huecos fotogenerados al reaccionar con el agua (Ec. 2) o con iones hidroxilo
OH- (Ec. 3), producen los radicales OH, muy reactivos sobre la superficie del
semiconductor que posteriormente reaccionan con los compuestos orgnicos
presentes en el agua. Por otro lado, los electrones (e-) pueden generar radicales
OH al reaccionar con oxgeno molecular para generar el radical superxido (O2-)
que tambin puede actuar en la oxidacin de materia orgnica y de bacterias (Ec.
4) [6, 12].
Banda de conduccin (BC)
Banda de valencia (BV) h+
e-
Eg (energa de salto de banda) Energa de electrn
hv Eg
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Figura 2. Esquema de procesos redox que ocurren en la interfaz TiO2-electrolito
bajo radiacin solar.
Fuente. CEDEO, Vernica [18].
Sin embargo, la eficiencia de los procesos de degradacinfotocatalticaconTiO2se
ve afectada debido a la rpida recombinacin del pare-/h+, evitando as las
reacciones redox, que conllevan a la formacin de especies oxidantes y que causa
un desaprovechamiento de la luz irradiada [12,19].Por tal motivo, estudios
recientes buscan evitar el problema de la recombinacin y as aumentar la
fotoactividad del TiO2, en donde se ha propuesto la modificacin de la estructura
electrnica del TiO2 usando metales de transicin como Ag, Au, Pt y Pd, ste
proceso conocido como dopaje, hace que los iones metlicos (M+) acten como
una trampa de electrones e-BC y as puedan expandir la respuesta del TiO2 al
rango visible del espectro lo que aumenta la capacidad de absorcin de un 50%
del espectro no aprovechado que corresponde a la luz visible. La razn es que la
incorporacin de estos metales en la matriz del TiO2 genera nuevos niveles de
energa dentro de la Eg. De esta forma, ms pares e-bc- h
+bv son fotogenerados por
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otros fotones de menor energa a la Eg del TiO2, ya que las longitudes de onda del
rango visible son menos energticas que aqullas del rango UV-A aprovechadas
por el TiO2 intrnseco (no dopado) [3].
Uno de estos metales observado por Kondo y Jardim (1991), fue el dopaje del
TiO2 con plata (Fig. 3); al aadir plata, se disminuye la recombinacin de los pares
e-/h+, modifica las propiedades superficiales y adems ayuda a captar ms energa
del rea visible y no necesariamente del UV [2, 13,20].
Por otro lado, al irradiar con luz visible las partculas de plata metlica en la
superficie del TiO2, los e-excitados promueven oscilaciones colectivas y
posteriormente el aumento del campo elctrico local de partcula conocido como:
superficie de resonancia plasmnica (SPR) [2, 6, 21]. Se cree tambin que la
induccin en la trasferencia de dichos e- en el TiO2promueve la generacin de
especies oxidantes por activacin del TiO2 bajo luz visible. De ah que, los
catalizadores Ag-TiO2 sean prometedores para ser usados bajo diferentes
sistemas de iluminacin, (irradiacin solar y luz blanca) [6].
Adicionalmente son bien conocidas las propiedades bactericidas de la plata, lo que
la hace un material atractivo para controlar el crecimiento bacteriano [2, 4].
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Figura 3. Esquema de degradacin fotocataltica en solucin acuosa del TiO2
dopado con plata bajo irradiacin UV-A
Fuente. M.A. Behnajady, et al. [20].
Los iones Ag son altamente txicos para los microorganismos que muestran
fuertes efectos biocidas, esto se ha evidenciado en 12 especies de bacterias
incluida E. coli [4]. Se cree que los iones Ag+ pueden unirse a la membrana de la
pared celular bacteriana (ligeramente negativa) y as alterar su funcionalidad,
tambin pueden interactuar con los grupos sulfhidrilo o tiol (-SH) existentes en las
protenas celulares, lo que resulta en la inactivacin de las enzimas respiratorias
que conducen a la produccin de especies reactivas del oxgeno. De sta manera
se produce la desnaturalizacin de las protenas inhibiendo el crecimiento
bacteriano, a ste efecto se le conoce como accin oligodinmica en la que,
concentraciones muy bajas de Ag ejercen actividad antimicrobiana [21, 22].
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2. DESARROLLO EXPERIMENTAL
En esta seccin se describen los materiales, equipos y procedimientos utilizados
para la obtencin de los catalizadores de TiO2 dopados con diferentes
concentraciones de Ag por el mtodo hidrotermal, as como pruebas para evaluar
la fotoactividad de los catalizadores en la desinfeccin de agua contaminada con
Escherichiacoli (E. coli).
2.1. Sntesis decatalizadores
2.1.1. Materiales y Reactivos
Todos los reactivos utilizados en este trabajo fueron de tipo analtico: Isopropanol
(Isop-OH, Merck), cido ntrico 65% (HNO3, Merck). Como fuente de titanio se
utiliz el butxido de titanio (Ti(O-But)4; Aldrich), y de plata se us nitrato de plata
(AgNO3; Merck), como blanco se utiliz TiO2 comercial Degussa P-25. En la
evaluacin fotocatacaltica de la E.coli se utiliz para el medio de cultivo Luria
Bertani, LB: triptona (Oxoid), extracto de levadura (Oxoid), NaCl (Carlo Erba); Agar
recuento (AR; Merck).Se us agua destilada y esterilizada en todos los
experimentos.
2.1.2. Mtodo sntesis hidrotrmal
Al co-solvente Isop-OH se agreg gota a gota el Ti(O-But)4, con agitacin
magntica constante de 440 rpm, con una relacin volumtrica Isop-OH/Ti(O-
But)4= 5/1. Posteriormente se agreg gota a gota 15L de HNO3, para ajustar el
pH a 1,4-1,5. Simultneamente, se prepar una solucin de 2 mL de H2O
destilada con la cantidad de AgNO3 respectiva para obtener catalizadores con
concentraciones de 2,0; 4,0y 8,0 % molar de plata y se agit en un vortex (V1 plus,
marca BOECO) hasta que los grnulos de sal de plata se disolvieron por
completo. Esta ltima solucin se agreg gota a gota a la solucin formada por el
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Isop-OH, Ti(O-But)4 y el HNO3hasta obtener un gel, este gel se introdujo en
autoclave por 3 h con vapor de agua a 120C y 1,985 KPa. Finalmente se sec por
12h a 60oC en estufa. El slido obtenido, se pulveriz manualmente y se rotul
como Ag(x)-TiO2 donde x es el porcentaje nominal molar de Ag en la matriz de
TiO2 y finalmente se almacen en oscuridad.
Tambin se prepar por este mtodo un catalizador sin Ag como referencia. Este
catalizador se denominTiO2.
2.2. CARACTERIZACIN DE LOS FOTOCATALIZADORES
2.2.1. Difraccin de Rayos X (DRX)
Este anlisis se realiz con el fin de conocer cules de las fases cristalinas que
forma el TiO2 estn presentes en el catalizador y en qu porcentaje.
Todos los fotocatalizadores sintetizados con Ti(O-But)4 fueron pulverizados en un
mortero de gata y llevados a un tamao de 38m. Se realiz un barrido continuo
con radiacin CuK 1, a 40 kV y 30mA, el rango de medicin fue de 2 entre 2 y
70.El equipo utilizado fue un difractmetro de polvo marca SIEMENS modelo
D500.
El anlisis cualitativo de las fases presentes en las muestras TiO2 y Ag(x)-TiO2se
realiz mediante comparacin de los resultados observados con los perfiles de
difraccin, reportados en la base de datos PDF-2 del International Centre for
Difraction Data (ICDD).
2.2.2. Adsorcin - Desorcin de Nitrgeno
El anlisis de adsorcin-desorcin de nitrgeno se realiz a todos los
fotocatalizadores previamente desgasificados, utilizando como adsorbato N2 a 77
K, para calcular el rea superficial especfica (SBET), por el mtodo Brunauer-
Emmett-Teller (BET); volumen de poro (VP) y dimetro promedio de poro (DPP)
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25
por el mtodo de Barret, Joyner y Halenda (BJH). El equipo utilizado fue un NOVA
1200 de Quantachrome.
2.2.3. Espectroscopia Infrarrojo (FTIR)
Este estudio se realiz con el fin de conocer que grupos funcionales presentes en
el catalizador y evaluar el efecto de los precursores de Ti; para esto todos los
fotocatalizadores se irradiaron con un haz de luz (laser de Ne-He), con un rango
de longitud de onda entre los 7800 y 350 cm-1. Se utiliz como blanco pastillas de
KBr. El equipo utilizado fue un Shimadzu modelo FTIR-8400S y el tratamiento de
los datos se efectu con el programa FTIR (Fourier Transform Infrared
Spectroscopy).
2.2.4. Espectroscopia de Reflectancia Difusa (DRS)
Este anlisis se realiz con el fin de evaluar los posibles cambios de absorcin de
luz de los fotocatalizadores. El equipo utilizado fue un Espectrofotmetro UV-2401
PC marca Shimadzu con una esfera de integracin S/N 633400054.
Los fotocatalizadores sintetizados con Ti(O-But)4 fueron expuestos a un barrido
continuo con un haz de luz de longitud de onda de 200 a 800 nm. Se utiliz como
blanco el sulfato de bario. El anlisis de los datos se realiz utilizando el programa
UV Robe 2.20.
2.3. Evaluacin Fotocataltica
Los catalizadores sintetizados y el TiO2 comercial (Degussa P-25) fueron
evaluados en medio acuoso para la desinfeccin fotocataltica de E. coli.
2.3.1. Cultivo de E. coli ATCC 11229
El crecimiento de la biomasa se llev a cabo en un reactor de borosilicato
esterilizado, mezclando 100 L de E. coli con 6 mL de medio de cultivo Luria
Bertani (LB; 1% p/v triptona, Oxoid; 0,5% p/v extracto de levadura, Oxoid; y 1%p/v
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NaCl, Carlo Erba) preparado en agua destilada y esterilizado; el inculo se
mantuvo por 8h en agitacin constante a 120 rpm y una temperatura 352oC.
Pasado este tiempo se adicion 25 mL del medio de cultivo LB y se mantuvo a las
mismas condiciones de agitacin y temperatura por 15 h hasta alcanzar la fase
estacionaria de crecimiento.
Para todas las reacciones de fotodesinfeccin de E.coli se tom del cultivo
preparado una alcuota para alcanzar una concentracin aproximada de 107
unidades formadoras de colonias por unidad de volumen (UFC/mL), sta alcuota
se centrifug a 3000 rpm por 15 min, se elimin el sobrenadante dejando el pellet
de biomasa celular el cual se lav con solucin salina, se elimin el sobrenadante
y finalmente se resuspendi en agua destilada y esterilizada, por ltimo se agreg
al medio de reaccin.
2.3.2. Reaccin de fotodesinfeccin de E. coli en agua
La reaccin se llev a cabo en un reactor de borosilicato de 50 mL previamente
esterilizado, 50 ml de agua destilada y esterilizada con una concentracin de
bacteria de 107 UFC/mL y 0,1 g/L de catalizador. Se evit la exposicin a la luz
antes de iniciar el ensayo.
Las muestras tomadas en cada reaccin se diluyeron en una solucin de NaCl
para posteriormente ser sembradas en cajas petri con medio estril AR. Finalizada
la siembra se llevaron las cajas a incubacin por 18h a 35C para su posterior
conteo. Las reacciones de fotodesinfeccin se repitieron 3 veces y cada punto en
las curvas representa el promedio de las repeticiones. Las muestras tomadas
durante la reaccin fueron guardadas en la oscuridad por un periodo de 24h, para
luego ser sembradas en AR con el fin de evaluar si hay recrecimiento de E. Coli y
hallar el tiempo de desinfeccin efectivo.
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Tambin se realiz una reaccin a las mismas condiciones descritas sin
catalizador (fotlisis), con el fin de determinar si existe inactivacin bacteriana; por
efecto de la radiacin utilizada.
2.3.2.1. Radiacin solar simulada
La radiacin solar simulada es proporcionada por la cmara Suntest (CPS+
ATLAS) que est equipada con una lmpara de xenn que emite radiaciones entre
300 y 800 nm, de la cual un 7% corresponde a irradiacin UV-A (300-400 nm), y
con control de temperatura. El sistema reaccin se someti a 250 y 400 W/m2 de
radiacin solar simulada, a una temperatura de 35oC y con agitacin magntica
constante de 440 rpm. El tiempo de reaccin fue de 2 h a 250W/m2 durante la
reaccin se tomaron muestras cada 10 min durante los primeros 40 min y de ah
en adelante cada 20 min hasta completar el tiempo de reaccin; en los sistemas
de reaccin a 400 W/m2 se tomaron muestras cada 10 min durante 1h.
2.3.2.2. Luz visible (blanca)
Este tipo de luz es proporcionada por una cmara (ver anexo 1), que cuenta con 5
lmparas de luz blanca con una radiacin de 13 lux cada una, medida con un
luxmetro marca Hagner modelo EC1, control de temperatura e intensidad
variable de acuerdo al nmero de lmparas encendidas. Para los ensayos
realizados se utilizaron las 5 lmparas encendidas que proporcionan un potencia
de 9,81 W/m2, a una temperatura de 292 oC y con agitacin magntica constante
de 440 rpm. El tiempo de reaccin fue de 3,5 h en el cual se tomaron muestras a
los 15, 30, 60, 90,120 y 210 min.
2.3.2.3. Oscuridad
Para estos ensayos el reactor cargado se ubic dentro de la cmara (con las
lmparas apagadas), se trabaj a una temperatura de 292 oC y con agitacin
magntica constante de 440 rpm. El tiempo de reaccin fue de 3h y se tomaron
muestras cada hora.
-
28
Paralelamente se sometieron a los tres sistemas de reaccin (radiacin solar
simulada, luz visible y oscuridad) tres (3) catalizadores de TiO2 modificados con
Ag sintetizados por el mtodo hidrotermal en los cuales se modific el precursor
de Ti (Isopropxido de Ti) pero se mantuvo constante la concentracin de Ag; esto
con el fin de conocer la influencia del mismo sobre las propiedades del catalizador.
2.3.3. Determinacin del tiempo de desinfeccin efectiva (TDE24)
Para la determinacin del TDE24se almacenaron en oscuridad las muestras
tomadas en cada una de las fotoreacciones por un periodo de 24 h para
posteriormente realizar el proceso de dilucin, siembra en AR y conteo de
Unidades Formadoras de Colonia (UFC).
2.3.4. Estabilidad de fotocatalizadores
La presencia de iones Ag en el efluente que queda en el reactor despus de la
reaccin de inactivacin de bacterias, se evalu mediante la adicin de una
solucin 1N de NaCl a la solucin que previamente fue filtrada para separar el
pellet de bacterias y el catalizador del lquido. Si hay iones Ag en el filtrado, se
formara un precipitado producto de la reaccin entre el AgNO3 y el NaCl (Ec 5).
De esta manera se determina si la plata se lixivia de los catalizadores quedando
en la solucin.
-
29
3. RESULTADOS Y DISCUSIN
En esta seccin se presentan y analizan los resultados obtenidos en las pruebas
de fotodesinfeccin de agua con E. coli bajo diferentes sistemas de iluminacin,
utilizando los catalizadoresTiO2 intrnsecos y los TiO2-Ag sintetizados mediante el
mtodo hidrotermal, as como su respectiva caracterizacin.
3.1. Caracterizacin de los fotocatalizadores
3.1.1. Difraccin de Rayos X (DRX)
El anlisis DRX muestra la formacin de las fases cristalinas de TiO2 anatasa
(2=25) y brookita (no es notorio el pico de sta fase debido a que se encuentra
muy cercano al de la anatasa) (Fig. 4).
Figura 4. DRX de TiO2 y Ag (x)/TiO2; cuyo precursor fue el (Ti(O-But)4)
0
500
1000
1500
2000
2500
2 7 12 17 22 27 32 37 42 47 52 57
INT
EN
SID
AD
(u
.a)
2-THETA
Ag (2%)/TiO2 Ag (4%)/TiO2 Ag (8%)/TiO2 TiO2
A B
A B
A B
A B
-
30
En las muestras Ag (X)/TiO2 no se evidencia la formacin de compuestos con Ag
debido a las bajas concentraciones del metal usadas durante la sntesis.
Adicionalmente, y como era de esperarse no se encontraron fases mixtas de TiO2
y Ag debido a la diferencia entre los radios atmicos de los iones Ti4+ y Ag+ que
son 0,68 y 1,26 respectivamente, lo que no permite que iones Ag+ reemplacen
Ti4+ en la estructura del TiO2. Por lo tanto, se espera que los tomos de Ag se
ubiquen intersticialmente o estn fijadas en la superficie del TiO2 sin modificar la
estructura.
Se puede inferir que la cristalinidad del catalizador no se ve afectada por la
concentracin de plata en el mismo, teniendo en cuenta que no hay un cambio
significativo en el ancho de los picos de intensidad a 2=25.
3.1.2. Adsorcin - Desorcin de Nitrgeno
En la Tabla 1 se reportan los resultados obtenidos de las propiedades texturales
de los catalizadores preparados.
Tabla 1. Propiedades texturales de los catalizadores preparados.
Catalizador SBET(m2/g) VP ( cm3/g) DPP ( )
TiO2 Butxido 373 425,60E-3 45,68
Ag(2)/TiO2 Butxido 248 262,95E-3 42,28
Ag(4)/TiO2 Butxido 234 230,80E-3 39,38
TiO2 Isopropxido 231 - -
Ag(2)/TiO2
Isopropxido
225 254,76E-3 45,34
Ag(4)/TiO2
Isopropxido
177 216,37E-3 48,83
SBET: rea superficial especfica, VP: volumen de poro, DPP: dimetro Promedio de poro. *Entre parntesis: % molar de Ag
-
31
Se observa que en los catalizadores cuyo precursor fue el Ti(O-But)4 disminuye el
SBET, VP y DPP al aumentar la concentracin de Ag. Adems, tomando como base
los catalizadores intrnsecos, se observa que independiente del precursor de Ti el
SBET disminuye a medida que aumenta la concentracin de Ag.
La mayor rea que reportan los catalizadores en los que se utiliz como precursor
Ti(O-But)4 se atribuye no solo a la composicin de solventes mixtos (alcohol-
agua), sino a las propiedades qumicas del alcxido precursor en cuanto a la
reactividad hacia las reacciones de hidrlisis en la sntesis del catalizador [15, 23].
La disminucin del rea superficial al aumentar la cantidad de Ag en los
catalizadores puede ser debido a la obstruccin de los poros de la superficie de
TiO2 por la presencia de Ag como lo observaron Sobana et al [24].
Los catalizadores sintetizados presentan isotermas semejantes tipo IV propias de
los slidos mesoporosos (20
-
32
observar un pico alrededor de los 1390 cm-1 corresponde a la presencia de NO3-
por la accin del HNO3y el precursor de la Ag, as como la presencia de la banda
entre los 650 cm-1 y 450 cm-1 caracterstica de enlaces Ti-O-Ti. [28, 29]
Figura 5. FTIR de los catalizadores TiO2 intrnseco y Ag(x)/TiO2.
3.1.4. Espectroscopia de Reflectancia Difusa (DRS)
En el caso de los catalizadores de TiO2 intrnsecos y los Ag(x)/TiO2, se observa
fundamentalmente la transicin de electrones desde la banda de valencia a la
banda de conduccin, que en el caso del TiO2 corresponde a la regin ultravioleta
hasta 370 nm donde hay un decaimiento rpido de la absorcin como se observa
en la Fig 6.El borde de absorcin en estos fotocatalizadores est centrado en
40060080010001200140016001800200024002800320036004000
1/cm
70
72.5
75
77.5
80
82.5
85
87.5
90
92.5
95
97.5
%T
TiO2 -29-06-011
%T
ran
sm
ita
nc
ia
cm-1
TiO2 But Ag(2)/TiO2 But Ag(4)/TiO2 But
TiO2Iso Ag(2)/TiO2Iso Ag(4)/TiO2Iso
-
33
torno a 380 nm, el cual corresponde a la banda de transferencia de carga O2-
Ti4+ (transicin del band gap) [30].
Figura 6.DRS de los catalizadores sintetizados con Ti(O-But)4, a) TiO2, b)
Ag(2)/TiO2, c) Ag(4)/TiO2y d) Ag(8)/TiO2.
Se observa adicionalmente que con el aumento de Ag en la matriz del material hay
un aumento significativo en la absorcin en el rango visible, la presencia del
hombro ~480 nm sugiere la presencia de un efecto plasmnico promovido en la
superficie del material por la presencia de nanopartculas de Ag [6]. Esta absorcin
en el rango visible amplia el espectro de absorcin y puede conducir a un aumento
de la fotoactividad bajo radiacin visible.
200 300 400 500 600 700 800
Ab
so
rci
n (
u.a
.)
(nm)
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
(a)
(c)
(b)
(d)
-
34
Ag(2)/TiO2But
Ag(4)/TiO2But
Ag(4)/TiO2Iso
Ag(2)/TiO2Iso
3.2. Actividad Fotocataltica
3.2.1. Radiacin solar simulada a 250 W/m2 y 400W/m2
Los resultados de la fotodesinfeccin de E. coli utilizando los catalizadores de
TiO2intrnsecos y Ag(x)/TiO2con radiacin solar simulada a 250 W/m2, se
muestran en la Figura 7 a) y b) respectivamente.
Figura 7.Fotodesinfeccin de agua con E. coli bajo radiacin solar simulada a 250
W/m2 a) TiO2 intrnsecos y b) Ag(x)/TiO2
De la figura 7podemos inferir que en los catalizadores intrnsecos y Ag(x)/TiO2 el
precursor del Ti influye en su desempeo fotocataltico haciendo ms eficientes
aquellos cuyo precursor fue el (Ti(O-But)4), esto se atribuye a que el alcxido es
ms pesado y menos reactivo en cuanto a la hidrlisis en sntesis; adicionalmente
resultados concuerdan con lo obtenido en la caracterizacin ya que los
catalizadores con ste precursor reportan mayor rea superficial [23]. En cuanto a
los catalizadores dopados con Ag se observa que se presenta una disminucin en
1,0E+00
1,0E+02
1,0E+04
1,0E+06
1,0E+08
0 30 60 90 120
Bacte
rias s
ob
reviv
ien
tes (
UF
C/m
L)
Tiempo (min)
Fotolisis
P - 25
TiO2 But
TiO2 Iso
1,0E+00
1,0E+02
1,0E+04
1,0E+06
1,0E+08
0 30 60 90
Bacte
rias s
ob
reviv
ien
tes (
UF
C/m
L)
Tiempo (min)
Ag (2)/TiO2 But
Ag (4)/TiO2 But
Ag (2)/TiO2 Iso
Ag (4)/TiO2 Iso
a) b)
Fotlisis
P-25
TiO2But
TiO2Iso
-
35
Ag(2)/TiO2But
Ag(4)/TiO2But
Ag(4)/TiO2Iso
Ag(2)/TiO2Iso
el tiempo de inhibicin de E. coli respecto a los intrnsecos, as como un mejor
rendimiento en la desinfeccin al aumentar la concentracin de Ag. Esto corrobora
la informacin dada por el DRS en donde la cantidad de plata amplia el rango de
luz absorbida, mejorando as la fotoactividad del catalizador.
Los resultados de la fotodesinfeccin de E. coli con radiacin solar simulada a 400
W/m2 utilizando los catalizadores intrnsecos y Ag(x)/TiO2, se muestran en la
Figura 8.
Figura 8.Fotodesinfeccin de agua con E. coli bajo radiacin solar simulada a 400
W/m2 a) TiO2 intrnsecos y b) Ag(x)/TiO2
En el caso de los catalizadores intrnsecos (Fig. 8a) al aumentar la potencia de luz
solar simulada no se presentan diferencias en los tiempos de desinfeccin. Al
comparar las tendencias y los tiempos de desinfeccin con los observados en la
Fig. 7a se ve una disminucin de 30 min en el tiempo de desinfeccin. Por otro
lado, se observa en el desempeo de los fotocatalizadores de TiO2 modificados
con Ag que el proceso de desinfeccin es ms rpido con el aumento de la
1,0E+00
1,0E+02
1,0E+04
1,0E+06
1,0E+08
0 10 20 30 40 50 60
Bac
teri
as s
ob
revi
vie
nte
s (U
FC/m
L)
Tiempo (min)
Fotolisis
P - 25
TiO2 But
TiO2 Iso
1,0E+00
1,0E+02
1,0E+04
1,0E+06
1,0E+08
0 10 20 30 40 50 60
Bac
teri
as s
ob
revi
vie
nte
s (U
FC/m
L)
Tiempo (min)
Ag (2)/TiO2 But
Ag (4)/TiO2 But
Ag (2)/TiO2 Iso
Ag (4)/TiO2 Iso
a) b)
Fotlisis
P-25
TiO2But
TiO2Iso
-
36
potencia de radiacin. Lo anterior corrobora en parte que el proceso de
desinfeccin corresponde a un proceso fotocataltico heterogneo. Cabe resaltar
que la fotolisis presenta un efecto bactericida por la absorcin de UV-A que inhibe
la replicacin de los microorganismos, la oxidacin de compuestos intracelulares y
luz infrarroja que destruye las protenas esenciales del microorganismo [6].
3.2.2. Luz visible
En la Figura 9 se presentan los resultados de la fotodesinfeccin bajo radiacin
visible para los catalizadores TiO2intrnsecos y los Ag(x)/TiO2.
Figura 9. Desinfeccin fotocataltica de agua con E.coli de los catalizadores TiO2
intrnsecos y Ag(x)/TiO2bajo radiacin visible.
Las lmparas escogidas presentan un pico mayoritario de emisin a la longitud de
onda de activacin de la plata observado en el anlisis DRS (~480nm). Esta
radiacin especfica podra mejorar los procesos fotocatalticos y promover la
generacin de especies altamente efectivas en la desinfeccin como el radical
hidroxilo y el oxgeno singulete. Adems, la parte ultravioleta del espectro de la
1,0E+00
1,0E+02
1,0E+04
1,0E+06
1,0E+08
0 30 60 90 120 150 180 210
Bac
teri
as
so
bre
viv
ien
tes
Tiempo (min)
TiO2 But
Ag (4)/TiO2 But
Ag (2)/TiO2 But
TiO2 Iso
Ag (2)/TiO2 Iso
Ag (4)/TiO2 Iso
Fotolisis
P-25
Ag(2)/TiO2But
Ag(4)/TiO2But
Ag(4)/TiO2Iso
Ag(2)/TiO2Iso
TiO2But
TiO2Iso
Fotlisis
P-25
-
37
lmpara de radiacin solar utilizada tiene un 5% de UV lo que en algunos casos
puede generar recombinacin de electrones disminuyendo la fotoactividad cuando
el TiO2 es modificado con metales de transicin [6]. Por lo tanto, es de esperarse
que bajo radiacin solar haya efectos contrarios por presencia de UV y Vis,
mientras que solo bajo visible hay activacin de la Ag promovindosela
fotoactividad.
3.2.3. Oscuridad
En laFigura10se presentan los resultados de las reacciones de fotodesinfeccin en
ausencia de luz.
Figura 10. Desinfeccin fotocataltica de agua con E. coli de los catalizadores TiO2
intrnsecos y Ag(x)/TiO2en ausencia de luz.
En ausencia de luz los fotocatalizadores intrnsecos presentan poca o nula
fotoactividad. Por otra parte, los catalizadores dopados con una mayor
concentracin de Ag tienen mayor velocidad de desinfeccin, independientemente
del precursor de Ti utilizado en la sntesis, por tanto se atribuye la inactivacin de
1,0E+00
1,0E+02
1,0E+04
1,0E+06
1,0E+08
0 30 60 90 120 150 180
Bac
teri
as
so
bre
viv
ien
tes
(U
FC
/mL
)
Tiempo (min)
TiO2 But
Ag (2)/TiO2 But
Ag (4)/TiO2 But
TiO2 Iso
Ag (2)/TiO2 Iso
Ag (4)/TiO2 Iso
Ag(2)/TiO2But
Ag(4)/TiO2But
Ag(4)/TiO2Iso
Ag(2)/TiO2Iso
TiO2But
TiO2Iso
-
38
E. coli a la formacin de especies oxidantes como el radical hidroxilo (OH) que se
forman en la reaccin fotocataltica, que acta simultneamente con la accin
bacteriosttica de la plata que al unirse a la membrana de la pared celular, la daa
y altera su funcionalidad a travs de la degradacin de lipopolisacrido y el
posterior aumento de la permeabilidad en la membrana o el dao del ADN [12];
adems Sondi y Salopek-Sondi [31] atribuyen la formacin de hoyos en la
membrana de E. coli a la presencia de nanopartculas de Ag en la misma.
En general, estos resultados permiten establecer que la modificacin de los
catalizadores de TiO2 con Ag conducen a una disminucin apreciable del tiempo
de exposicin a la luz UV necesaria para la eliminacin de la poblacin bacteriana
de E. coli, adems activan el material bajo luz visible.
Los catalizadores de TiO2intrnsecos presentan un cambio significativo (50%) en el
tiempo de desinfeccin de E. coli cuando se irradian con luz solar simulada y esto
se atribuye al cambio de la potencia, de manera que a mayor potencia mayor
velocidad de desinfeccin. Entre tanto, cuando estn bajo radiacin visible tienen
un comportamiento similar a cuando hay ausencia de luz, esto debido a que no se
tiene la energa suficiente para lograr generar el par e-/h+. En cambio los
catalizadores Ag(x)/TiO2 muestran que la velocidad de desinfeccin se favorece
cuando se aumenta la concentracin de Ag y se irradia con luz visible.
A la suspensin obtenida despus del tiempo de irradiacin se efectu la prueba
de cloruro [ver tem2.3.4.] para determinar la estabilidad del catalizador, dando
como resultado la no formacin de cloruro de plata en la solucin. Es decir, los
catalizadores son estables durante la reaccin.
-
39
CONCLUSIONES
La modificacin del TiO2 con plata por sntesis hidrotermal ampla la absorcin de
luz hacia el rango visible del espectro mejorando su fotoactividad, y por ende
mostrando un mejor desempeo en la desinfeccin de E. coli, adicionalmente
esta fotoactividad se ve favorecida por la accin bacteriosttica de la Ag capaz de
inhibir el crecimiento bacteriano incluso en ausencia de luz UV y visible.
El incremento en la fotoactividad se ve reflejada con el aumento de la
concentracin de Ag en los catalizadores Ag(x)/TiO2, disminuyendo el tiempo de
exposicin a la luz; esto se atribuye a el efecto plasmnico en la superficie del
catalizador que permite una mayor transferencia de electrones fotoexitados de la
BC de la Ag al TiO2.
-
40
RECOMENDACIONES
Realizar caracterizaciones al material que peritan determinar el estado
fundamental de la plata en el fotocatalizador.
Estudiar el material Ag(x)/TiO2 en aguas reales, para observar los posibles
cambios en su fotoactividad y estabilidad por la presencia de iones en solucin, la
existencia de coliformes, la influencia del pH y la temperatura, entre otros.
Determinar la concentracin ptima de Ag, que permita visualizar mejor la
actividad fotocataltica del Ag(x)/TiO2 sobre E. Coli ATCC11229.
-
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[28] HERNNDEZ, J. M.; GARCA, L. A. y ZEIFERT, B. H. Sntesis y
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[29]CHEN, Guang Mei y HUANG, Yi Ping. Deconvolution Method for Determination
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Madrid. Facultad De Ciencias. Departamento de Qumica Fsica Aplicada.
-
46
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: Journal Colloid Interface Science. 275 (Mar., 2004) 177182 p.
-
47
ANEXOS
ANEXO A. CMARA DE REACCIN
La cmara de reaccin (figura A y B) empleada para la desinfeccin de E. coli bajo
irradiacin visible (Luz Blanca) se diseo con el fin de reflejar la mayor cantidad de
luz emitida por lmparas de 20W (~ 60cm de largo), ya sea con luz UV, azul,
blanca u otra. Esta cmara esta adecuada para manejar un voltaje AC 110V/220V,
para mayor reflexin de luz, su interior est cubierto por aluminio de 3mm de
espesor; posee un sistema de ventilacin/extraccin de aire con caudal entre 2,61-
3m3/min.
Figura A. Figura B.
Vista Lateral Vista Inferior
En la figura C se muestra el espectro de las lmparas de luz blanca utilizadas.
-
48
Figura C.
-
49
ANEXO B. TIEMPOS DE DESINFECCIN EFECTIVOS (TDE24) DE LOS
CATALIZADORES.
En la tabla 1 se muestran los tiempos de desinfeccin efectiva para los
catalizadores Ag(x)/TiO2bajo los diferentes sistemas de iluminacin e intensidad
de luz irradiada.
Los catalizadores Ag(4)/TiO2 presentan mejor tiempo de desinfeccin para ambos
precursores de Ti, mostrando una mejor fotoacitividad a radiaciones de
400W/m2,igualmente los TiO2intrnsecos exhiben TDE a los 30 y 40 min a esta
misma potencia; sin embargo bajo luz visible y oscuridad, a las 24h de haber
tomado la muestra no se alcanza el TDE24, este mismo comportamiento se
observa en el P-25.
Radiacin Catalizador TDE24 (min)
Solar simulada a 250 W/m
2
Ag(4)/TiO2But e Iso 10
Ag(2)/TiO2Iso 30
Ag(2)/TiO2But 45
Solar simulada a 400 W/m2
Fotlisis No alcanzado
P-25 No alcanzado
TiO2But 40
TiO2Iso 30
Ag(2)/TiO2 But e Iso 10
Ag(4)/TiO2 But e Iso 10
Luz visible
Fotlisis, P-25, TiO2But e Iso No alcanzado
Ag(2)/TiO2Iso 15
Ag(4)/TiO2But eIso 30
Ag(2)/TiO2But 60
Oscuridad Fotlisis, P-25, TiO2But e Iso No alcanzado
Ag(2)/TiO2 But e Iso 60
Ag(4)/TiO2 But e Iso 60
TABLA 1. Tiempos de desinfeccin efectivos (TDE24)
-
50
ANEXO C. ISOTERMAS DE ABSORCIN Y DESORCIN DE N2
Figura C.1. Isoterma de adsorcin-desorcin de N2 del catalizador Ag(2)/TiO2
Butxido.
Figura C.2. Isoterma de adsorcin-desorcin de N2 del catalizador Ag(2)/TiO2
Isopropxido.
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Vo
lm
en
Ad
sorb
ido
(cc
/g)
P/Po
Adsorcin
Desorcin
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
180,0
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Vo
lm
en
Ad
sorb
ido
(cc
/g)
P/Po
Adsorcin
Desorcin
-
51
.
Figura C.3. Isoterma de adsorcin-desorcin de N2 del catalizador Ag(4)/TiO2
Butxido.
Figura C.4. Isoterma de adsorcin-desorcin de N2 del catalizador Ag(4)/TiO2
Isopropxido.
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
180,0
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Vo
lm
en
Ad
sorb
ido
(cc
/g)
P/Po
Adsorcin
Desorcin
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Vo
lm
en
Ad
sorb
ido
(cc
/g)
P/Po
Adsorcin
Desorcin
ContenidoLISTA DE FIGURASLISTA DE TABLASRESUMENABSTRACTINTRODUCCIN1. MARCO TERICO2. DESARROLLO EXPERIMENTAL3. RESULTADOS Y DISCUSINEnCONCLUSIONESRECOMENDACIONESBIBLIOGRAFIAANEXOS