“Estudio en el efecto de la funcionalización de nanopartículas de TiO2 dopadas con Ag en el desempeño de las membranas fotocatalíticas”

Abstract

"Las membranas fotocatalíticas son materiales que están compuestos por una membrana polimérica y un fotocatalizador. Estos sistemas permiten integrar procesos de filtración por membrana y al mismo tiempo la degradación del contaminante retenido mediante procesos de oxidación avanzada (POA). El dióxido de titanio (TiO2) es el fotocatalizador más utilizado debido a su baja energía de bandgap (Bg=3.2 eV). Si bien, la eficiencia de las membranas fotocatalíticas ha sido probada satisfactoriamente, se siguen buscando alternativas para mejorar el desempeño de estos sistemas. Por lo anterior se planteó dopar las NPs de TiO2 con plata (Ag) con el fin activar al fotocatalizador en luz visible (λ>400nm), además de funcionalizar a las NPs de TiO2 con aceite de coco (AC) para así mejorar el anclaje y favorecer su dispersión en la matriz polimérica. La matriz polimérica se sintetizó mediante la técnica de inversión de fases, ya que es uno de los métodos más rentables para la fabricación de membranas, flexibles a nivel laboratorio y fácilmente escalables para fines comerciales. Mediante el dopaje de Ag a las NPs de TiO2 se logró disminuir el Bg del nanocomposito TiO2/Ag a Bg=2.07 eV, pudiendóse llevar a cabo la actividad fotocatalítica bajo luz visible, además de que la incorporación de estas NPs al TiO2 modificaron las propiedades mecánicas de las membranas. Por otra parte, se realizaron pruebas de recuperación de flujo, mediante las cuales se pudo evaluar la actividad fotocatalítica de los nanocompositos de TiO2 funcionalizados y sin funcionalizar dopados con Ag y el mayor porcentaje de recuperación (7.64%) fue obtenido por las NPs con TiO2 funcionalizadas dopadas con Ag , lo cual indica que el dopaje con NPs de Ag a las NPs de TiO2 permitió la actividad fotocatalítica bajo luz visible, limpiando así la membrana con incrustaciones de azul de metileno (AM) e incrementando el flujo, además se puede inferir que la funcionalización de las NPs de TiO2 promueven su dispersión a través de la membrana mejorando así su actividad fotocatalítica."

"Photocatalytic membranes are materials that are composed by a polymeric membrane combined with a photocatalytic process. These systems allow the integration of membrane filtration and at the same time the degradation of the retained contaminants through advanced oxidation processes (AOP). Titanium dioxide (TiO2) is the most widely used photocatalyst due to its low bandgap energy (Bg=3.2 eV). Even though, the efficiency of photocatalytic membranes has been successfully tested, alternatives to improve the performance of these systems are still being sought. Therefore, it was proposed to dope TiO2 nanoparticles (NPs) with silver (Ag) NPs, in order to activate the photocatalyst in visible light (λ>400nm), in addition to functionalizing the TiO2 NPs with coconut oil in order to reduce the NPs liberation from the membrane to the water environment and improve its dispersion through the polymeric membrane. The polymeric membrane was synthesized using the phase inversion technique, since it is one of the most cost-effective methods for manufacturing membranes, flexible at the laboratory level and easily scalable for commercial purposes. Trough the doping of Ag to the TiO2 NPs, it was possible to reduce the Bg of the TiO2/Ag nanocomposite to XX eV, thus photocatalytic activity under visible light can be performed. Besides, the NPs addition on membranes modified their mechanical properties. In other matters, flow recovery tests were carried out, in order to evaluate the photocatalytic activity of the functionalized and non-functionalized TiO2 NPs doped with Ag, and it was found that the highest recovery percentage (7.64%) was obtained by membranes with TiO2 functionalized doped with Ag NPs, which indicates that that doping with Ag NPs allows activity under visible light, thus cleaning the membrane with methylene blue incrustations and increasing the flux, it can also be inferred that functionalization of TiO2 NPs promote their dispersion through the membrane, improving their photocatalytic activity. "