Fotocatálisis: parte ii: análisis cinético

Fotocatálisis: Parte II: Análisis cinético

Graciela V. Morales, Edgardo L. Sham & Rosario Cornejo

Facultad de Ingeniería, Instituto de Investigaciones para la Industria Química (INIQUI-CONICET), CIUNSa, Universidad Nacional de Salta.
gmorales@unsa.edu.ar & sham@unsa.edu.ar

RESUMEN: se presentan aspectos fundamentales para el análisis cinético de datos experimentales de reaccionesfotocatalíticas, y se aplican a la reacción de oxidación fotocatalítica de fenol en presencia de TiO2 UV-iluminado. Este análisis se realizó en términos de las cinéticas de primer orden y de Langmuir-Hinshelwood (L-H). Se observa que, en todos los casos, los datos experimentales obedecen a la cinética de L-H, lo cual permite inferir una cierta dependencia entre las características de adsorción y lavelocidad de reacción fotocatalítica. Se determinaron la constante cinética y el coeficiente de adsorción del reactante.

0. INTRODUCCION

1. ASPECTOS GENERALES

La fotocatálisis heterogénea es una solución alternativa para la eliminación de contaminantes orgánicos de soluciones acuosas. Con este proceso es posible degradar la mayoría de las moléculas orgánicas sin adicionar químicos, excepto elfotocatalizador (por ejemplo TiO2). El proceso fotocatalítico consiste, básicamente, en el pasaje de un electrón de la banda de valencia (VB) a la banda de conducción (CB) del semiconductor TiO2, creando un hueco h+ en la VB, como se indica en la ec. (1). Esto es debido a la irradiación UV del TiO2 con una energía igual o superior a su banda energética (3,2 eV).

[pic](1)

Esta etapa continua con la formación de radicales extremadamente reactivos como [pic]en la superficie del semiconductor y/ó una oxidación directa de las especies contaminantes (Wiszniowski et al., 2002). Es de esperar, entonces, que el avance de la degradación de los diferentes compuestos orgánicos dependa de su reactividad hacia los radicales [pic] fotogenerados.
Peiró et al.(2001) estudiaron la degradación fotocatalítica de una solución que contenía una mezcla de cuatro compuestos orgánicos: fenol, guaiacol, 2-clorofenol y catecol en suspensiones acuosas de TiO2. Demostraron que la fotodegradación de los diferentes compuestos orgánicos sigue una cinética de Langmuir-Hinshelwood y que la velocidad de reacción decrece en el orden siguiente: guaiacol > 2-clorofenol ≈fenol > catecol. Por otra parte, Bekbolet et al. (2002) estudiaron las eficiencias de degradación fotocatalítica de dos muestras de TiO2 comercial Degussa P-25 y Hombikat UV-100 en soluciones acuosas usando ácido húmico. Realizaron el análisis cinético en términos de una cinética de pseudoprimer orden (a bajas concentraciones de sustrato) y de una cinética de Langmuir-Hinshelwood (a altasconcentraciones de sustrato). Demostraron que el proceso es más eficiente en presencia de especies de Degussa P-25 que en términos de Hombikat UV-100. Demostraron, también, que la velocidad de reacción no depende de la superficie específica del catalizador. Sin embargo, las propiedades morfológicas y cristalográficas del TiO2 pueden jugar un rol importante en las eficiencias fotocatalíticas.
Por otraparte, Wiszniowski et al. (2002) investigaron, también, la degradación fotocatalítica de ácido húmico en soluciones acuosas, usando TiO2 como fotocatalizador. Estudiaron la adsorción de ácido húmico sobre la superficie de TiO2 y describieron la cinética de su degradación. Determinaron que la fotodegradación sigue un modelo cinético de peudoprimer orden.
Sobczynski et al. (2004) estudiaron ladescomposición fotocatalítica de fenol por fotocatálisis en presencia de TiO2 iluminado. Recomiendan el uso de la velocidad de reacción inicial para estudios cinéticos, debido a la existencia de muchas reacciones competitivas en suspensiones de TiO2 iluminado. Presentan un mecanismo para la mineralización completa de fenol. Además, Gondal et al. (2007) aplicaron la fotocatálisis para comparar la...