Per citar aquest document: http://ddd.uab.cat/record/38376
Capes primes fotodegradatives de TiO2 anatasa sensibles a la llum visible : aplicacions medioambientals / Isaac Justicia Antó ; dirigit per Albert Figueras Daga, Walter Gaete
Justicia Antó, Isaac
Figueras Dagà, Albert, dir. (Institut de Ciència de Materials de Barcelona)
Gaete, Walter, dir. (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química)

Publicació: Bellaterra : Universitat Autònoma de Barcelona, 2004
Resum: En l'actualitat s'està donant un canvi de mentalitat, tant social com polític o econòmic, per a la millora dels aspectes mediambientals. Així aquest canvi es pot començar a veure en diferents aspectes socials com són les formacions de les plataformes Agenda 21, en aspectes polítics com pot ser la participació en el Fòrum de les Cultures 2004 o en àmbits empresarials amb la creació de normatives ISO en temes de gestió mediambiental, com és la norma 14001. És per aquest motiu que les aplicacions científic-tecnològiques en aspectes de neteja, depuració d'aigües o obtenció d'energies més netes, estan tenint un increment molt important. De totes elles la fotocatàlisi heterogènia sembla que és la que té un futur més prometedor. Aquesta tecnologia es fonamenta en l'aprofitament de la llum solar per a produir reaccions d'oxidació i reducció. Les reaccions d'oxidació són aprofitades per a degradar contaminants orgànics i les de reducció són aprofitades per a la reducció de protons a hidrogen. El problema que presenta aquesta tecnologia és que es fonamenta en l'aprofitament de la llum UV, que representa només el 8% de la llum solar total. Aquest percentatge no permet una aplicació industrial prou rendible. En aquest treball s'ha realitzat una recerca de materials idonis per a la fotocatàlisi, trobant que el material amb les característiques fotocatalítiques més idònies és el TiO2 en la seva forma cristal·lina anatasa. Encara que aquest material es prepara majoritàriament en forma de pols, presenta un problema a posteriori dels processos de catàlisi, que és la seva recuperació. Per a aquest motiu s'han sintetitzat capes primes de TiO2 sobre substrats de vidre i quars mitjançant la tècnica MOCVD. En aquest treball s'han trobat les millors condicions de preparació per tal d'obtenir una resposta fotocatalitica major. Paral·lelament a l'optimització de les condicions de síntesis s'han realitzat estudis teòrics per comprovar els efectes del dopatge en el TiO2. La creació de vacants d'oxigen en l'estructura cristal·lina aconsegueix la formació d'una semibanda semiocupada propera a la banda de conducció. Això permet la promoció d'electrons d'aquesta semibanda a altres amb una energia menor que la del gap, permetent l'excitació a longituds d'ona dins de la regió del visible. Els experiments realitzats amb aquest tipus de material dipositat sobre vidre i quars per MOCVD, demostren aquesta absorció dins de la regió del visible. Aquestes dades d'absorció són confirmades amb les obtingudes amb la tècnica de fotoconductivitat. Les aplicacions industrials que pot presentar aquest material, sota radiació visible, són nombroses. En aquest cas s'ha provat la fotodegradació de nonilfenols i dioxines. Aquestes dues substàncies estan catalogades per les autoritats nord-americanes i europees com dues de les substàncies més tòxiques presents en el mediambient. Per al cas de la fotodegradació de nonilfenols s'ha aconseguit una degradació del 98% d'aquest en 30 minuts En ambdós casos, la fotodegradació de nonilfenols i dioxines, s'ha demostrat que aquesta s'aconsegueix sense la formació d'intermitjos de major toxicitat. Les proves de fotodegradació amb catalitzador de TiO2 estequiomètric sota radiació visible ha demostrat una nul·la activitat.
Resum: En la actualidad se está dando un cambio de mentalidad, tanto en lo social como en lo político y en lo económico, para la mejora de aspectos medioambientales. Esto se traduce en la formación de Agendas 21 locales, participación política, como en el Forum 2004 de Barcelona o la creación de normas ISO medioambientales por parte del empresariado. Por este motivo las aplicaciones científico tecnológicas, en aspectos como limpiezas, depuración u obtención de energías más limpias, están teniendo un incremento más que destacable. De todas ellas la fotocatálisis heterogenia parece tener un futuro más prometedor. Esta tecnología se fundamenta en el aprovechamiento de la luz solar para producir reacciones redox. Las reacciones de oxidación son aprovechadas para degradar contaminantes orgánicos y las de reducción para la obtención de hidrogeno a partir de los protones. El problema que presenta esta tecnología es que se fundamenta en el aprovechamiento de la radiación UV, que representa sólo el 8% de la luz solar total. Este porcentaje no permite una aplicación industrial rentable. En este trabajo se ha realizado una búsqueda de materiales idóneos para la fotocatálisis, encontrando que el material que presenta las mejores características es el TiO2 en su forma cristalina anatasa. Aunque este material se prepara, en su gran mayoría, en forma de polvo, presenta un problema a posteriori a los procesos de catálisis, que es su recuperación. Por este motivo se han sintetizado capas delgadas de TiO2 sobre sustratos de vidrio y cuarzo mediante la técnica MOCVD. En este trabajo se han encontrado las mejores condiciones de preparación para obtener la mejor respuesta fotocatalítica. Paralelamente a la optimización de las condiciones de síntesis se han realizado estudios teóricos para comprobar los efectos del dopaje en el TiO2. La creación de vacantes de oxigeno en la estructura cristalina consigue la formación de una semibanda semiocupada cercana a la banda de conducción. Esto permite la promoción de electrones de esta semibanda a otras con una energía menor a la del gap, permitiendo la excitación a longitudes de onda dentro de la región del visible. Los experimentos con este tipo de material demuestran una absorción óptica en la región del visible. Estos datos vienen confirmados por los obtenidos por fotoconductividad. Las aplicaciones industriales que presenta este material bajo radiación visible son numerosas. En este caso se ha probado la fotodegradación de nonilfenol y dioxinas.
Resum: Nowadays, new environment requirements have produced a change in people social, political and economical mentality. Those changes are visible and reflected in social activities like local forum discussions organization such as Agenda 21, or the Forum Barcelona 2004, but also economical like the ISO14001 implementation. These are one of the reasons why, new scientific and technological efforts in waste water treatments or less contaminant energies processes are growing up. From all of them, one of the most promising processes is the heterogeneous photocatalysis because it can be use as degradation process but also to produce hydrogen which is the most promising energetic vector. This technology is based on the use of the light to produce redox reactions. Oxidation reactions are useful to degrade organic compounds and reduction reactions are able to obtain hydrogen from protons. The most important limitation of the photocatalysis is that standard catalysers require UV light as energy source. This kind of radiation represents only the 8% of the total energy from the sun. This low reaction yield makes this technique un-attractive to the industry. In the present work, TiO2, in its anatase form has been prepared as thin film by the MOCVD technique and its degradation properties have been characterised. In parallel to this work, theoretical studies have confirmed the effects of TiO2 auto-doping on the energy band-gap variation. Oxygen vacancies in the crystal structure have been found to produce the formation of a semi-occupied band next to the conduction band. This phenomenon permits electrons excitations by applying a radiation in the visible range. Optical measurements have confirmed the absorption in the visible range (about 500 nm) for understoichiometric TiO2-x thin films due to electron transitions from the new band. These values are confirmed by photoconductivity measurements. The film growth parameters have been studied in order to optimize the thickness, roughness, and composition to obtain the highest degradation activity in the visible range, obtaining an increase of 10% in the photodegradation rate. AFM studies have allowed to know how affect the growth to the surface and photodegradation rate. Photodegradation of nonylphenols and dioxins, which are classified as one of the most hazardous substances present in the environment for US and European authorities, have been tested using visible light. TiO2 films with no oxygen understoichiometry did no show photodegradation in the visible range. In the case of nonylphenol, the photodegradation reaction shows a 98% yield after 30 minutes. For dioxins, in the same time, was obtained a 40% yield of degradation. In both cases, no hazardous by-products were formed after catalytical degradation.
Nota: Bibliografia
Nota: Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona, Facultat de Ciències, Departament Química, 2004
Nota: Consultable des del TDX
Nota: Títol obtingut de la portada digitalitzada
Drets: ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.
Llengua: Català.
Document: Tesis i dissertacions electròniques ; doctoralThesis
Matèria: Diòxid de titani ; Pel·licules ; Fotocatàlisi
ISBN: 8468877700

Adreça alternativa:: http://hdl.handle.net/10803/3183


52 p, 3.1 MB

53 p, 2.4 MB

54 p, 3.2 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Tesis doctorals

 Registre creat el 2009-05-07, darrera modificació el 2016-06-04



   Favorit i Compartir