Estudios

Universidad Rey Juan Carlos
Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología

INGENIERO QUÍMICO Curso académico 2009/10 Trabajo Fin de Carrera PRODUCCIÓN DE H2 MEDIANTE DESCOMPOSICIÓN FOTOCATALÍTICA DE AGUA: ESTUDIO DE CATALIZADORES Cu-TiO2 y Ni-TiO2 Autor: Directoras: Javier De Miguel Tejedor Patricia Pizarro de Oro Pilar Gálvez Ortiz

“¿Qué es lo que van a quemar en lugar decarbón? Agua, respondió Pencroft. El agua, descompuesta en sus elementos por la electricidad. Sí, amigos míos, creo que algún día se empleará el agua como combustible, que el hidrógeno y el oxígeno de los que está formada, usados por separado o de forma conjunta, proporcionarán una fuente inagotable de luz y calor. El agua será el carbón del futuro.” Julio Verne “La isla misteriosa” (1874)ÍNDICE
1. 2. RESUMEN. ______________________________________________________ 1 INTRODUCCIÓN. ________________________________________________ 3
2.1. El Hidrógeno como vector energético. _____________________________________ 3 2.2. Almacenamiento y producción de Hidrógeno. _______________________________ 6 2.3. Producción de Hidrógeno por descomposición fotocatalítica de agua. ___________ 8
2.3.1.Mecanismo de la descomposición fotocatalítica de agua. ____________________________9 2.3.2. Parámetros que influyen en el proceso. _________________________________________11 2.3.3. Fotocatalizadores __________________________________________________________13

2.4. Dióxido de titanio. _____________________________________________________ 15
2.4.1. Síntesis de dióxido de titanio_________________________________________________16 2.4.2. Limitaciones del TiO2 como fotocatalizador. ____________________________________16 2.4.3. Modificación del TiO2. Dopado con metales. ____________________________________17

3. 4.

OBJETIVOS ____________________________________________________ 19 METODOLOGÍA ________________________________________________ 20
4.1. Reactivos y disolventes_________________________________________________ 20 4.2. Preparación de Catalizadores.___________________________________________ 20
4.2.1 Nomenclatura de los catalizadores._____________________________________________21 4.2.2 Preparación de las fuentes de Cu y Ni. __________________________________________21 4.2.3. Impregnación del dióxido de titanio. ___________________________________________224.2.4. Calcinación de las muestras. _________________________________________________22 4.2.5. Reducción con hidrógeno. ___________________________________________________23

4.3. Técnicas de caracterización. ____________________________________________ 23
4.3.1. Fluorescencia de Rayos X (FRX). _____________________________________________23 4.3.2. Microscopia de Transmisión de Electrones (TEM)________________________________24 4.3.3. Estudios de reducción a temperatura programada (TPR). ___________________________25 4.3.4. Difracción de Rayos X (DRX). _______________________________________________25

4.4 Estudios de actividad fotocatalítica._______________________________________ 26
4.4.1. Instalación experimental. ____________________________________________________26 4.4.2.Procedimiento de reacción. __________________________________________________28 4.4.3. Técnicas de análisis.________________________________________________________29

5.

PRESENTACIÓN DE DATOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ________ 31
5.1. Estudio de la actividad fotocatalítica de TiO2. ______________________________ 31 5.2. Estudio de fotocatalizadores deCu-TiO2.__________________________________ 33 5.3. Estudio de fotocatalizadores de Ni-TiO2. __________________________________ 49

6. 7. 8.

CONCLUSIONES ________________________________________________ 58 RECOMENDACIONES.___________________________________________ 59 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. _______________________________ 61

ANEXO I. CÁLCULO DEL CAUDAL DE HIDRÓGENO PRODUCIDO _______ 63 ANEXO II. DETERMINACIÓN DE...