Kinetic study of Polydopamine synthesis and its use as a photocatalyst

Abstract

"The study of synthesis and characterization of polydopamine (PDA) using dopamine (DA) as the monomer and (hydroxymethyl)aminomethane (TRIS) as the buffer was carried out during this doctoral thesis. The effect of temperature and TRIS concentration on the kinetics of dopamine polymerization was evaluated. Thus, the kinetic parameters were also calculated based on the explored temperature and concentrations. The reactions with 1.5 mmol of TRIS showed a sustained increment of the rate constant with temperature. For instance, the rate increased from 2.38E-04 to 5.10E-04 when the temperature increased from 25 to 55°C, although not all reactions followed this Arrhenius behavior. In addition, the correlation between the synthesis parameters and morphological, structural, thermal properties, and photocatalytic activity of polydopamine was established. Thus, the morphology of the PDA particles changed towards well-defined spheres at higher temperatures and TRIS concentrations. At the same time, the diameter and size distribution were reduced with the increase in temperature and TRIS concentration. On the other hand, unlike what is mostly reported in the literature, the synthesized PDA showed an endothermic transition around 130 °C associated with the melting of the PDA's regular structure, which corresponds to the graphitic-like structure, and that was corroborated by infrared and Raman spectroscopy and X-Ray Diffraction (XRD). Finally, the PDA showed absorption capacity (60% of the initial concentration) of using Rhodamine B as a model pollutant and some photocatalytic capacity towards said contaminant, reaching up to 15 % of photodegradation."

"El estudio de la síntesis y caracterización de polidopamina (PDA) usando dopamina (DA) como monómero e (hidroximetil)aminometano (TRIS) como amortiguador se realizó en esta tesis doctoral. El efecto de la temperatura y la concentración de TRIS en la cinética de polimerización de la DA fueron evaluados; de tal forma que, los parámetros cinéticos fueron calculados para las concentraciones y temperaturas exploradas. Las reacciones llevadas a cabo con 1.5 mmol de TRIS exhibieron un incremento sostenido en la constante de velocidad en función de la temperatura. Por ejemplo, la constante de velocidad incrementó de 2.38E-04 a 5.10E-04 cuando la temperatura pasó de 25 a 55 °C; aunque no todas las reacciones siguieron este comportamiento tipo Arrhenius. Además, se estableció la correlación entre las condiciones de síntesis con la morfología, estructura, propiedades térmicas y actividad fotocatalítica de la PDA. Así, la morfología de las partículas de PDA, hacia esferas definidas a mayores temperaturas y concentraciones de TRIS; en tanto que el diámetro y distribución de tamaños se redujeron con el incremento de la temperatura y concentración de TRIS. Por otro lado, a diferencia de lo reportado mayormente en la literatura, la PDA sintetizada mostró una transición endotérmica alrededor de los 130 °C la cual fue asociada con la fusión de zonas regulares en la PDA; la cual corresponde a una estructura de tipo grafítica que fue corroborada por los resultados de espectroscopía infrarroja, Raman y Difracción de Rayos X (XRD). Finalmente, la PDA mostró capacidad de absorción (60% de la concentración inicial) de Rodamina B, que se utilizó como contaminante modelo y cierta capacidad fotocatalítica hacia dicho contaminante. Alcanzando hasta el 15 % de fotodegradación."