Química verde ambiental definida por fotocatálisis

Environmental green chemistry as defined by photocatalysis

La fotocatálisis es eficiente en varios campos.

En primer lugar , en la oxidación suave selectiva : la oxidación del gas y los hidrocarburos líquidos (alcanos, alquenos , cicloalcanos , aromáticos ) en aldehídos y cetonas . Los alcoholes primarios y secundarios también se oxidan en sus correspondientes aldehídos o cetonas .

La alta selectividad se atribuye a un fotoactivos , especies de oxígeno atómico neutro . Una vez platinado (sólo 0,5 en peso . % De Pt ) de óxido de titanio puede catalizar reaccionesparticipación de hidrógeno

Cuando un semiconductor dividido se ilumina con fotones de la energía más alta que o igual a su energía de la banda brecha , fotoelectrones , e- se crean .

En un medio de reacción líquido , los reactivos pueden adsorber y reaccionar ya sea con los electrones ( moléculas aceptoras como O2 ) o con alcoholes ( moléculas donantes ) .

La fotocatálisis se basa en la doble aptitud del fotocatalizador ( esencialmente óxido de titanio ) para adsorber las sustancias reaccionantes simultáneamente , y para absorber fotones eficientes .

INTRODUCCIÓN

Los cinco parámetros principales que gobiernan la cinética son :( i ) la masa de catalizador. ( ii ) la longitud de onda.( iii ) la concentración inicial ( o presión ) de sustancia re accionante. ( iv ) el flujo radiante. (v ) el excepcionalmente temperatura en condiciones extremas con respecto a la temperatura ambiente (T < -10 ◦ C andT > 80 a 100 ◦ C).

¿Cómo puede ser eficaz fotocatálisis funciona en los dos campos opuestos constituido por productos de química fina y ambientales química?

En efecto fotocatálisis es alternativa capaz de inducirreacciones leves y selectivo de oxidación, y las reacciones de oxidación total que conducen la mayoría de los elementos a su estado de oxidación más alto , en particular, de carbono orgánico líder para el estado de oxidación +4 en CO2.

Esto se debe principalmente a la ausencia ( oxidaciones leves ) , y para la presencia ( oxidación total ) de agua . En el primer caso , la especie activa es un neutro atómico O * especies [ 12 ] , mientras que en presencia de agua ( o aire húmedo ) , los radicales OH • ( segunda mejor oxidante universal), conducen a la oxidación total.

CATALIZADORES:-óxido de titanio de Degussa P25(catalizador de referencia)

FotoreactoresVarios fotoreactores se utilizaron de acuerdo a la reacciónmedio estudiado. Reacciones en fase gaseosa se llevaron a cabo ya sea en reactores de lecho fijo utilizados ya sea como flujo reactores reactores discontinuos oras de gas diferenciales.  Reacciones en fase líquida se llevaron a cabo en un lote fotoreactores termostáticas de 100 cm3

FASE EXPERIMENTAL.

Los análisisReactivos y ambos productos intermedios y finales se analizaron mediante cromatografía de gases, espectrometría de masas de isótopos reacciones de intercambio , HPLC , y HPLC - MS para los productos intermedios identificación y UV -vis espectrometría , especialmente para los colorantes cinética de desaparición .

Fotocatálisis de oxidación leve selectiva en químicos puros.

La fotocatálisis es el único proceso catalítico capaz de funcionalizarn-alcanos ligeros a temperatura ambiente a moléculas contenedoras del grupo carbonilo carbonilo (principalmente aldehídos y cetonas) ya sea en gas o en fase líquida.

CnH2n+2 +O2 +[TiO2 +hν +air] → CnH2nO + H2O (1)

Funcionalización de n-alcanos

Ciclo-alcanos (CnH2n) se oxida selectivamente en ciclocetonas

Su selectividad aumenta con la presencia de anillos aromáticos

Hidrocarburos aromáticos sustituidos, tales como alquiltoluenos u O-xilenos son 100% oxido regio-selectivos en el grupo metilo en alquilbenzaldehidos, tanto en fase gaeosas o líquida, por mera irradiación de óxido de titanio a temperatura ambiente

R-C6H4CH3 + O2 → R-C6H4-CHO + H2O (2)

Oxidación leve selectiva de otros hidrocarburos

Los alcoholes primarios y secundarios, ya sea gaseoso o líquido, se oxidan 100% selectivamente en sus correspondientes aldehídos y cetonas.

R–CHOH–R +O2 +[TiO2 +hν+air] → R–CO–R + H2O (3)En particular, la oxidación de isopropanol en acetona fue elegido como una prueba fotocatalítico para la medición de la eficiencia de los pasivación de ZnO basado en TiO2 o pigmentos en pinturas contra intemperie.Una reacción de oxidación similar puede ser obtenido por fotocatálisis bifuncional mediante Pt/TiO2.

R-CHOH-R? + [Pt/TiO2] → R-CO-R? + H2 (4)

Oxidación selectiva de alcoholes y de moléculas que contienen hidroxilo

Otras reacciones de fotocatálisis selectivas

En las reacciones fotocatalíticas que implican hidrógeno, ya sea como un

reactivo o como un producto, el catalizador requiere la presencia de un metal noble, que actúa como un co-catalizador necesario para disociar el reactivo y para recombinan atomos de H en dihidrógeno.

Esta pertenece al campo de la fotocatálisis bifuncional mediante TiO2-depositado como catalizador y metal noble

Reacciones fotocatalíticas que involucran hidrógeno

Catálisis convencional por los metales no es selectiva en absoluto en intercambio isotópico alcano-deuterio (5)

Por el contrario, la fotocatálisis da un 100% de marcado selectivo en mono-deutero-alcano:

CnH2n +2 + D2 → CnH2n +1 D + HD (6) Regio-selectiva: puesto que se produce etiquetado con el

intercambio preferencial de un átomo de H primario. (7)

Marcado mono-deuterio selectivo

La deshidrogenación fotocatalítica de alcoholes primarios y secundarios, gaseosos o líquidos, es 100% selectivo en la formación de sus correspondientes aldehídos y cetonas, es decir, en la formación de moléculas que contienen carbonilo.

R-CHOH-R? + [Pt/TiO2] → R-CO-R? + H2 (8) En vacío o en atmósfera inerte

Almacenamiento químico de la energía La obtención de H por fotocatálisis constituye otro aspecto de la química

verde con la conversión de luz solar en un vector energético

Deshidrogenación fotocatalítica

Consiste en la sustitución de oxígeno como reactivo por el azufre

Sin embargo , el azufre no puede ser utilizado , ya que es sólido a temperatura ambiente ( como S8 corona moléculas ). Elegimos H2S como una fuente conveniente y reactiva .

Por ejemplo , la conversión de propeno en 1 - propanthiol era obtenido con éxito :

CH3 - CH CH2 + H2S → CH3 - CH2-CH2 - SH ( 9 )

Resultado inesperadoCdS o TiO2

Tio- fotocatálisis

La fotocatálisis es una metodología que puede cumplir los criterio de química verde, dichos citeriores implican una forma mas eficiente del manejo de las reacciones y procesos químicos a nivel industrial, de estos una de las reacciones por medio del a fotocatálisis que ahí que discutir es la de la reacción para la síntesis de (4-ter-butil-benzaldehido).

Fotocatálisis involucrada en la química verde. Caso de estudio en las reacciones de oxidación selectiva con compuestos aromáticos.

Este compuesto originalmente se obtiene por un proceso que da como resultado una serie de residuos tanto orgánicos como inorgánicos lo cual causa un desperdicio de recursos y contaminación. La reacción original ocurre como se dicta.

(10)

En contraste con la reacción por medio de la fotocatálisis la cual presenta un 100% de selectividad.

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La oxidación fotocatalítica de 4-OTC es un ejemplo típicode la "química verde" , utiliza el aire y un barato, estable y reutilizable catalizador de óxido de titanio que no necesita disolventes ni calefacción, sino sólo la luz UV proporcionada por lámparas cuya tecnología está mejorando de forma permanente.La alta selectividad se atribuyó a la oxidación por fotoactivos

O−(ads) +h+→ O∗(ads) (12)

Esta reacción puede ser tanto en fase liquida como gaseosa y tiene la particularidad de utilizar recursos de menor costo, no necesita de disolventes y además produce el compuesto deseado.

Degradación de materia inorgánica

Aplicaciones para remoción de contaminantes inorgánicos e inorgánicos

Una aplicación mas es la de la conversión de compuestos nocivos o tóxicos en sus respectivos óxidos que tienen menor impacto ambiental tales como.

De igual forma algunos metales pesados pueden ser reducidos por foto electrones y precipitar como cristales

Entre los beneficios para descontaminación de materia orgánica, se pueden mencionar que los compuestos alifáticos son destruidos o convertidos en Co2 y sales inorgánicas inocuas, además de que los compuestos organofosforados. Herbicidas y pesticidas son destruidos de igual manera.

Como ejemplo se citan La destrucción del Fenitrotion

Contaminación orgánica

Otro tipo de reacción es la oxidación por radícales de hidroxilo HO*

Los cuales producen la perdida de co2 en cada reacción

Los foto reactores actuales sirven para la descontaminación del agua de diversos productos orgánicos, donde se ah observado que la cinética de destrucción de los compuestos como fenoles, cloro fenoles acido láctico.

 Por lo cual hoy día se atiende que la fotocatálisis es un buen

método para la eliminación de compuestos orgánicos de forma barata y eficiente.

Reacciones por catálisis solar para la destoxificación orgánica

Conclusiones