453449355 MATERIALES PARA FOTOCAT LISIS
Páginas: 44 (10807 palabras)
Publicado: 25 de agosto de 2015
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MATERIALES PARA FOTOCATÁLISIS Y ELECTROFOTOCATÁLISIS
Roberto J. Candal, Juan Rodríguez, Gerardo Colón, Silvia Gelover, Elena Vigil Santos, Antonio Jimenez González y Miguel A. Blesa
1. MATERIALES NO SOPORTADOS
El TiO2 en forma de polvo ultrafino, con tamaño de partícula promedio entre 50 y 100 nm y predominio de la fase anatasa, es el material más comúnmente usado en las plantas detratamiento de aguas; también es el precursor usual en la preparación de catalizadores soportados para el tratamiento de aire. Resulta por lo tanto importante discutir brevemente algunos de los métodos más comunes de preparación de TiO2 en polvo.
Las materias primas para la producción de TiO2 son ilmenita, rutilo, rutilo sintético, leucoxeno y anatasa natural.
La ilmenita posee un 43-61 % de TiO2y entre 34 y 49% de óxido de hierro. Se encuentra en depósitos naturales primarios sitos en Noruega, Rusia, Finlandia, Canadá y EE.UU. También se encuentran arenas de fácil procesamiento en Sudáfrica, Australia, India, Brasil, Malasia y Egipto.
El rutilo se extrae de arenas de río, que poseen entre 90 y 98 % de rutilo, junto con Fe, Zr, V, Cr, Al, Si y Mg. El principal productor es Australia.El rutilo sintético se obtiene de la ilmenita, extrayendo el hierro y conservando la forma de la partícula. Este tipo de partícula es especialmente adecuado para los procesos de cloración en lecho fluidizado.
En Brasil se encontraron los depósitos más ricos del mundo de anatasa natural, con un contenido de TiO2 de un 30 a un 40%. Este mineral constituye una importantefuente potencial de materia prima para la obtención de TiO2 por el método de cloración.
Existen dos métodos en uso para la obtención del TiO2 a partir de las materias primas: el proceso sulfato y el proceso cloro. (los detalles se pueden ver en la referencia [1].) El proceso cloro se encuentra en expansión, y es el que provee la materia prima para la preparación del TiO2 de mayor uso enfotocatálisis. El proceso se basa en el tratamiento de rutilo sintético con cloro para formar el tetracloruro de titanio gaseoso. Este compuesto es relativamente fácil de purificar y se lo utiliza para producir TiO2 en los procesos que se discuten a continuación.
1.1. Métodos de preparación de polvos
Métodos en fase vapor: El método más utilizado para la producción de partículas submicrométricas de TiO2 esel conocido como oxidación en llama [2]. El proceso se basa en la combustión con O2 en una llama de una mezcla de H2 y TiCl4:
TiCl4 + O2 → TiO2 +2Cl2 (1) Las gotas del óxido líquido nuclean rápidamente en el vapor y luego coalescen [3]. La
morfologíadepende del tiempo de residencia en la llama; tiempos largos conducen a
partículas de mayor diámetro, presumiblemente formadas por agregación de las partículas
primarias [4]. El tamaño de partícula oscila entre los 10 y 100 nm. Independientemente del tiempo de residencia, los productos formados por oxidación en llama son generalmente fases metaestables; en el caso del TiO2, elproducto mayoritario es anatasa. Este comportamiento es típico de los líquidos cristalizados rápidamente, que generan la fase sólida más parecida a la fase líquida.
El proceso de agregación de sílice en la llama O2 + SiCl4 + H2 fue estudiado ampliamente, y los resultados pueden extenderse a otros sistemas [5]. En el comienzo, el proceso de agregación en la llama es “balístico”: losmonómeros recorren distancias grandes comparadas con el tamaño del cúmulo (cluster) al que se unen. Cuando choca, el monómero penetra profundamente en el cúmulo, y se forman partículas densas, que llegan a alcanzar unos 9 nm de diámetro. En esas condiciones, el camino libre que recorren los monómeros antes de chocar es similar al radio del cúmulo, y las partículas continúan creciendo por un...
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MATERIALES PARA FOTOCATÁLISIS Y ELECTROFOTOCATÁLISIS
Roberto J. Candal, Juan Rodríguez, Gerardo Colón, Silvia Gelover, Elena Vigil Santos, Antonio Jimenez González y Miguel A. Blesa
1. MATERIALES NO SOPORTADOS
El TiO2 en forma de polvo ultrafino, con tamaño de partícula promedio entre 50 y 100 nm y predominio de la fase anatasa, es el material más comúnmente usado en las plantas detratamiento de aguas; también es el precursor usual en la preparación de catalizadores soportados para el tratamiento de aire. Resulta por lo tanto importante discutir brevemente algunos de los métodos más comunes de preparación de TiO2 en polvo.
Las materias primas para la producción de TiO2 son ilmenita, rutilo, rutilo sintético, leucoxeno y anatasa natural.
La ilmenita posee un 43-61 % de TiO2y entre 34 y 49% de óxido de hierro. Se encuentra en depósitos naturales primarios sitos en Noruega, Rusia, Finlandia, Canadá y EE.UU. También se encuentran arenas de fácil procesamiento en Sudáfrica, Australia, India, Brasil, Malasia y Egipto.
El rutilo se extrae de arenas de río, que poseen entre 90 y 98 % de rutilo, junto con Fe, Zr, V, Cr, Al, Si y Mg. El principal productor es Australia.El rutilo sintético se obtiene de la ilmenita, extrayendo el hierro y conservando la forma de la partícula. Este tipo de partícula es especialmente adecuado para los procesos de cloración en lecho fluidizado.
En Brasil se encontraron los depósitos más ricos del mundo de anatasa natural, con un contenido de TiO2 de un 30 a un 40%. Este mineral constituye una importantefuente potencial de materia prima para la obtención de TiO2 por el método de cloración.
Existen dos métodos en uso para la obtención del TiO2 a partir de las materias primas: el proceso sulfato y el proceso cloro. (los detalles se pueden ver en la referencia [1].) El proceso cloro se encuentra en expansión, y es el que provee la materia prima para la preparación del TiO2 de mayor uso enfotocatálisis. El proceso se basa en el tratamiento de rutilo sintético con cloro para formar el tetracloruro de titanio gaseoso. Este compuesto es relativamente fácil de purificar y se lo utiliza para producir TiO2 en los procesos que se discuten a continuación.
1.1. Métodos de preparación de polvos
Métodos en fase vapor: El método más utilizado para la producción de partículas submicrométricas de TiO2 esel conocido como oxidación en llama [2]. El proceso se basa en la combustión con O2 en una llama de una mezcla de H2 y TiCl4:
TiCl4 + O2 → TiO2 +2Cl2 (1) Las gotas del óxido líquido nuclean rápidamente en el vapor y luego coalescen [3]. La
morfologíadepende del tiempo de residencia en la llama; tiempos largos conducen a
partículas de mayor diámetro, presumiblemente formadas por agregación de las partículas
primarias [4]. El tamaño de partícula oscila entre los 10 y 100 nm. Independientemente del tiempo de residencia, los productos formados por oxidación en llama son generalmente fases metaestables; en el caso del TiO2, elproducto mayoritario es anatasa. Este comportamiento es típico de los líquidos cristalizados rápidamente, que generan la fase sólida más parecida a la fase líquida.
El proceso de agregación de sílice en la llama O2 + SiCl4 + H2 fue estudiado ampliamente, y los resultados pueden extenderse a otros sistemas [5]. En el comienzo, el proceso de agregación en la llama es “balístico”: losmonómeros recorren distancias grandes comparadas con el tamaño del cúmulo (cluster) al que se unen. Cuando choca, el monómero penetra profundamente en el cúmulo, y se forman partículas densas, que llegan a alcanzar unos 9 nm de diámetro. En esas condiciones, el camino libre que recorren los monómeros antes de chocar es similar al radio del cúmulo, y las partículas continúan creciendo por un...
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