Desarrollo de nanocompósitos a base de CuS/TiO2 con propiedades adsorptivas y fotocatalíticas

Abstract

"La degradación ambiental ha aumentado debido a las actividades antropogénicas provocando contaminación en el agua, encontrándose iones de metales pesados como Pb2+, As3+ y Cr6+ , éste último representa un peligro a la salud acuática y al ser humano, debido a que causa enfermedades como dermatitis por contacto. Varias opciones de remediación se han propuesto para resolver este problema, sin embargo, el más atrayente es la adsorción, debido a que es un método de fácil aplicación, así como eficiente; aunado a la adsorción se encuentra la reducción fotocatalítica, la cual favorece la reducción química de iones metálicos a especies menos nocivas para el ser humano. Para intentar solucionar el problema de contaminación, en esta tesis se reporta el uso de materiales dopados con Cu2+ , junto con la “decoración” de CuS sobre TiO2 sintetizados en medio acuoso y en medio de ácido acético, variando la concentración de CuS (0.5, 1 y 3 %P/P), obtenidos por medio de síntesis hidrotermal asistido con microondas. La caracterización se realizó mediante Difracción de Rayos X (DRX), Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (EITF), Espectroscopía Raman, Espectroscopía Ultravioleta–Visible (UV-vis), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Adsorción Física de Nitrógeno y Microscopía de Fuerza Atómica (MFA). Además, los materiales sintetizados en medio acuoso se aplicaron en la adsorción de iones de Cr (VI) y la reducción fotocatalítica a Cr (III). Los resultados indicaron que el material con el 1% de CuS fue el que tuvo mejores resultados con 78% adsorción y 10% de foto reducción a condiciones de pH=6, 10 mg/L de cromo y 0.01 g/mL de material, lo que lo convierte en un buen candidato para aplicaciones de remediación ambiental."

"Because of anthropogenic activities, especially those related to industrial development, environmental degradation has constantly increased along the years. Among the most dangerous contaminants are those due to heavy metal ions, such as Pb2+, As3+, and Cr6+, affecting many natural water properties. For instance, the latter ion, Cr6+, occurs in dangerous concentrations in all aquatic media of San Luis Potosí, causing strong health stress for both ecosystems and people. Several remediation options have been proposed to solve this problem. However, the most attractive probe is adsorption because it is of simple usage and efficient. It can also be coupled with adsorption, as well as with photocatalytic reductions of the heavy metal ions, which lead to less harmful species for humans. In this thesis document, we use the microwave-assisted hydrothermal synthesis to obtain Cu2+-doped materials together with the "decoration" of CuS on TiO2 synthesized in aqueous and acetic acid media by varying the concentration of CuS (0.5, 1, and 3%W). Characterization of CuS/TiO2 composites was performed by means of X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Raman Spectroscopy, Ultraviolet–Visible Spectroscopy (UV-vis), Scanning Electron Microscopy (SEM), Physical Nitrogen Adsorption, and Atomic Force Microscopy (AFM). Furthermore, these materials synthesized in an aqueous medium were applied in the synergistic adsorption of Cr6+ ions and the photocatalytic reduction to Cr3+. Our results show that the material with 1% CuS is the one with the best results, namely 78% adsorption and 10% photoreduction at pH=6 conditions, 10 mg/L of Cr6+, and 0.01 g/mL of the synthesized material. At this scale, these estimations make it a great candidate for application to environmental remediation applications."