SINTESIS, CARACTERIZACION DE OXIDOS SE ZINC DOPADOS CON MANGANESO Y SU APLICACIÓN COMO FOTOCATALIZADORES EN LA DEGRADACION DE FENOLES

SINTESIS, CARACTERIZACION DE OXIDOS SE ZINC DOPADOS CON MANGANESO Y SU APLICACIÓN COMO FOTOCATALIZADORES EN LA DEGRADACION DE FENOLES.

Beltran Maria Fernanda, Lina Vanessa Libreros,

Programa de Química, Universidad Santiago de Cali,

Octubre de 2013

MARCO TEORICO Y ANTECEDENTES

Durante los últimos años se ha prestado particular atención a los sistemas de óxidos de complejos, pues estos han generado un interés particular para ser utilizados como sistemas catalizadores en procesos de oxidación completa de sustancias orgánicas en diferentes ambientes.(1) (2)

Se ha establecido que la actividad y la selectividad de estos sistemas catalíticos de oxidación depende de los siguientes factores: la coordinación y estado de oxidación del ion del metal en la red cristalina, Fuerza del enlace M-O; tipo y la estabilidad de los defectos en el óxido en la red cristalina. El alto grado de oxidación de los iones metálicos proporciona un débil enlace M -O, siendo este último un pre-requisito para la actividad catalítica y la alta selectividad en los procesos de oxidación,(1) estas propiedades se pueden ver afectadas por modificación con diversos aditivos, los más eficientes para mejorar los procesos de oxidación parecen ser los metales de transición, aunque su mecanismo de acción aún no está completamente dilucidado. Las investigaciones revelan que la modificación de los óxidos con metales de transición produce nuevos sistemas catalíticos y sus propiedades difieren de los óxidos iniciales.(1)

Algunos de los métodos conocidos mediante los cuales se pueden realizar las modificaciones a los óxidos, con el objetivo de mejorar la actividad catalítica de los mismos, como es el caso de la sustitución de una pequeña fracción de los cationes de un “óxido de anfitrión” con un catión diferente, este método se denomina sustitución o dopaje. La sustitución altera la unión química en la superficie de acogida del óxido, y los resultados esperados es que se modifique favorablemente su actividad catalítica. Los centros activos en este tipo de sistemas puede ser cualquiera de los átomos de oxígeno cerca del dopante o el propio dopante.(2)

La eliminación de los contaminantes orgánicos en las aguas residuales es una medida importante en protección del medio ambiente. La degradación foto-sensibilizada en superficies semiconductoras puede ser un remedio para los contaminantes orgánicos. Estos residuos se pueden oxidar usando catalizadores de ZnO en presencia de la luz solar / luz UV como fuente de energía. Entre los diversos semiconductores empleados, el ZnO se conoce como buen fotocatalizador para la degradación de varios contaminantes ambientales debido a su alta fotosensibilidad, estabilidad y largo band gap. Cuando se ilumina con una adecuada fuente de luz, el fotocatalizador genera pares de electrones/agujero con electrones libres producidos en la banda de conducción vacía dejando huecos positivos en la banda de valencia. Estos pares de electrones/agujero son capaces de iniciar una serie de reacciones químicas que eventualmente mineralizan los contaminantes. Muchos productos químicos tóxicos pueden ser degradados por este proceso. Por otra parte la formación de productos finales ecológicos inofensivos representa otro de los atractivos de este proceso. El grado de mineralización es el criterio más importante para evaluar la viabilidad de cualquier proceso de oxidación, pues una oxidación incompleta puede dar lugar a un compuesto intermedio, que puede ser más tóxico que el contaminante principal. (3)

En el empleo de modernas técnicas de purificación con semiconductores medida por fotooxidación de sustancias tóxicas, el óxido de zinc (ZnO) es ampliamente utilizado debido a que presentan una combinación única de propiedades. El ZnO que tiene un intersticio de banda similar de alrededor de 3,2 eV, en ocasiones se prefiere por encima del TiO2 que es la más reconocida y utilizada para la degradación de materia orgánica y contaminante debido a su alta eficiencia cuántica. Bajo radiación de luz UV el ZnO es un foto-catalizador altamente eficientes ya que sus electrones y huecos fotogenerados son altamente oxidantes y agentes de reducción, respectivamente.(4)

En investigaciones realizadas en el año 2009 se comparó la actividad fotocatalítica del ZnO respecto a la del TiO2, frente a un colorante orgánico con el fin de evaluar el rendimiento de ambos óxidos como catalizadores. La luz solar se utilizó como la fuente de energía para los experimentos fotocatalíticos. Estos catalizadores fueron

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