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Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 4(8): 9-27 2013

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1Actividad fotocatalítica de TiO2 funcionalizado por el método de combustión

Photocatalytic activity of TiO2 functionalized by the combustion method

Daniel Cruz González*, Dalia Gabriela Arroyo Castro, Janette Arriola Morales

Facultad de Ingeniería Química, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Calle 4 Sur No 104

Colonia Centro, C. P. 72000, Puebla, México, Tel: (01) – 222 – 2295500

Email: *[email protected]

RESUMEN. En el siguiente trabajo de investigación se utilizó el método de combustión en

solución modificado para intentar aumentar el área superficial específica del semiconductor

dióxido de titanio (TiO2), se estudió el efecto de añadir diferentes cantidades de agua antes

de la calcinación (0.5, 1.0, 1.5 y 2.0 mL). Las muestras de TiO2 obtenidas se caracterizaron

utilizando difracción de Rayos X (DRX), microscopia Electrónica de Barrido (MEB),

adsorción de Nitrógeno (BET) y análisis termogravimétrico (TGA). Por difracción de rayos

X se observó únicamente TiO2 en fase anatasa, la microscopia electrónica de barrido

mostró partículas con forma esférica y con un tamaño promedio de partícula promedio de 1

m, el área superficial obtenida no mostró cambios en ninguna de las muestras siendo esta

de alrededor de 8 m2/gr, finalmente el análisis termogravimetrico, mostró diferentes

cantidades de oxigeno adsorbido sobre el TiO2 dependiendo de la cantidad de agua (0.5,

1.0, 1.5 y 2.0 mL) añadida a la muestra antes del proceso de combustión, siendo mayor la

cantidad de oxígeno adsorbido en la muestra con 0.5 mL de agua, lo cual nos indicó que se

funcionalizó la superficie de TiO2.

Se encontró que la muestra que tuvo mayor eficiencia en la degradación de azul de

metileno (AM) fue la de TiO2-Urea con 1.5 mL de agua antes de la calcinación.

ABSTRACT. The Modified Combustion Method has been used for increase the specific

surface area of the semiconductor titanium dioxide (TiO2), the effect of adding different

amounts of water prior to calcination (0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 mL) was studied. The phase

composition of TiO2 powder was characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning

electron microscopy (SEM), nitrogen adsorption (BET) and thermogravimetric analysis

(TGA). By X-ray diffraction was observed TiO2 in anatase phase, scanning electron

microscopy showed particles with spherical shape and with an mean particle size of 1 μm,

the obtained surface area not showed changes in any of the samples (8 m2/g), finally

thermogravimetric analysis showed different amounts of oxygen adsorbed on the surface of

TiO2 depending upon the amount of water (0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 mL) added to the sample

Recibido: julio, 2013.

Aprobado: octubre, 2013


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prior to the combustion process, being higher the amount of oxygen adsorbed on the sample

with 0.5 mL of water, which indicated to us that the surface of TiO2 was functionalized.

It was found that the sample more efficient in the degradation of methylene blue (AM) was

TiO2 with 1.5 mL of water added prior to calcination.

Palabras clave: Combustión, Dióxido de titanio, Funcionalización, Degradación, Azul de

metileno.

Keywords: Combustion, Titanium Dioxide, Functionalization, Degradation, Methylene

Blue.

INTRODUCCIÓN

Desde hace muchos años, los recursos naturales han sufrido un proceso de degradación

acelerado, por lo tanto es difícil que hoy en día un país se encuentre exento de esta

problemática. Las descargas de aguas residuales de origen domestico e industrial no

procesadas, son también responsables del actual deterioro de la mayoría de los cuerpos de

agua. Son varios los problemas derivados de la contaminación de cuerpos de agua entre

estos se encuentran (Cardona, 2003):

• Reducción del suministro de agua.

• Riesgos en la salud.

• Inutilización del uso del agua para diversos usos

• Impacto negativo sobre la vida acuática (e industria pesquera).

El agua, en general, y la subterránea en particular, es un recurso limitado en nuestro

planeta. El incremento en la demanda y la disminución en la disponibilidad,

fundamentalmente por deterioro de su calidad, han generado y generan problemas cada vez

más graves para el abastecimiento tanto a nivel local como regional, e incluso a nivel

global. Esta problemática, se vino manifestando en forma creciente durante el siglo pasado,

y de acuerdo a la tendencia actual, es previsible que continúe en ascenso (González, 2008).

La mayor preocupación que se tiene recientemente sobre la seguridad del agua es ahora la

presencia potencial de contaminantes químicos. Estos pueden incluir productos químicos

orgánicos e inorgánicos y metales pesados, procedentes de fuentes industriales, agrícolas y

de la escorrentía urbana. Los diversos contaminantes del agua se resumen en la Tabla 1

(Stanley, 2007; Proyecto agua: el ciclo del agua, 2012).

Tabla 1. Tipos generales de contaminantes del agua.

Tipo de contaminante Impacto

Elementos de traza

Metales pesados

Salud, biota acuática, toxicidad

Salud, biota acuática, toxicidad


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Metales enlazados orgánicamente

Radionúclidos

Contaminantes inorgánicos

Asbestos

Nutrientes de algas

Sustancias que dan acidez, alcalinidad,

Salinidad (en exceso)

Contaminantes orgánicos traza

Medicamentos, anticonceptivos, etc.

Bifenilos policlorados

Plaguicidas

Residuos de petróleo

Alcantarillado, residuos humanos y

animales

Materia orgánica medida como demanda

bioquímica de oxígeno

Patógenos

Detergentes

Compuestos carcinógenos químicos

Sedimentos

Sustancias que dan sabor, olor y color

Transporte de metales

Toxicidad

Toxicidad, biota acuática

Salud humana

Eutrofización

Calidad del agua, vida acuática

Toxicidad

Calidad del agua, vida acuática

Posibles efectos biológicos

Toxicidad, biota acuática, fauna

Efectos en la fauna, contaminación visual

Calidad del agua, niveles de oxígeno

Calidad del agua, niveles de oxígeno

Efectos en la salud

Eutrofización, fauna, contaminación

visual

Incidencia de cáncer

Calidad del agua, vida acuática, fauna

Calidad del agua, vida acuática,

contaminación visual

Las alteraciones más importantes que puede sufrir el agua como resultado del aporte de

sustancias extrañas son (Acosta, 2008):

a) ALTERACIONES FÍSICAS:

Color: Las aguas presentan diferentes tonalidades que dependen ya sea de los materiales

disueltos o en suspensión, o tiene su origen en la absorción de las radiaciones de mayor

longitud de onda (Fournier, 2003).

Olor y sabor: Compuestos químicos presentes en el agua como los fenoles, diversos

hidrocarburos, cloro, materias orgánicas en descomposición o esencias liberadas por

diferentes algas u hongos pueden dar olores y sabores muy fuertes al agua, aunque estén en

muy pequeñas concentraciones. Las sales o los minerales dan sabores salados o metálicos,

en ocasiones sin ningún color (Doménech, 2006).

Temperatura: El aumento de temperatura disminuye la solubilidad de gases (oxígeno) y

aumenta, en general, la de las sales. Aumenta la velocidad de las reacciones del

metabolismo, acelerando la putrefacción. La temperatura óptima del agua para beber está

entre 10 y 14°C. Las centrales nucleares, térmicas y otras industrias contribuyen a la

contaminación térmica de las aguas, a veces de forma importante (Restrepo, 2007).


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Materiales en suspensión: Partículas como arcillas, limo y otras, aunque no lleguen a estar

disueltas, son arrastradas por el agua de dos maneras: en suspensión estable (disoluciones

coloidales); o en suspensión que solo dura mientras el movimiento del agua las arrastra. Las

suspendidas coloidalmente solo precipitaran después de haber sufrido coagulación o

floculación (reunión de varias partículas) (Roldan, 2008).

Radiactividad: Las aguas naturales tienen unos valores de radiactividad, debidos sobre todo

a isotopos del K. Algunas actividades humanas pueden contaminar el agua con isotopos

radiactivos (Jiménez, 2001).

Formación de espumas: Los detergentes producen espumas y añaden fosfato al agua

(eutrofización). Disminuyen mucho el poder autodepurador de los ríos al dificultar la

actividad bacteriana. También interfieren en los procesos de floculación y sedimentación en

las estaciones depuradoras (Prieto, 2004).

Conductividad: El agua pura tiene una conductividad eléctrica muy baja. El agua natural

tiene iones en disolución y su conductividad es mayor o proporcional a la cantidad y

características de esos electrolitos. Por esto se usan los valores de conductividad como

índice aproximado de concentración de solutos. Como la temperatura modifica la

conductividad las medidas se deben hacer a 20°C (Roldan, 2003).

b) ALTERACIONES QUÍMICAS:

Se producen por compuestos químicos que son vertidos en las aguas y son muy importantes

por sus consecuencias. Productos orgánicos e inorgánicos a bajas concentraciones pueden

ser nocivos para peces y microorganismos acuáticos. Insecticidas, raticidas, diversas sales,

metales pesados, compuestos orgánicos diversos, son tóxicos para ciertas especies y

también para el hombre (Acosta, 2008).

c) ALTERACIONES BIOLÓGICAS:

Se presentan en parte por el aumento de bacterias patógenas, virus, etc., que producen

enfermedades, y por otra parte, la ausencia de vida acuática animal o vegetal debido a los

bajos niveles de O2 en disolución, necesario para la supervivencia de estas especies.

MÉTODOS DE DESCONTAMINACIÓN DE AGUA

El tratamiento del agua residual se lleva a cabo mediante procesos físicos, químicos, físico-

químicos y biológicos.

a) PROCESOS FÍSICOS: La primera etapa es la descontaminación, en esta fase se

remueven sólidos presentes en las aguas residuales, a través de rejas (basura, etc.), y

desarendadores (partículas pesadas como grava, arena y semillas). Algunas técnicas

son las siguientes (Interapas, 2012):

• Filtros de cerámica (Castells, 2000)

• Filtros de carbón activado (Mann+Humel, 2012)

• Desinfección por rayos Ultravioleta (Weber, 2003)


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b) PROCESOS QUÍMICOS: La desinfección del agua se realiza con varios

desinfectantes químicos, los cuales son sustancias químicas que matan o desactivan

microorganismos patógenos como son [Galicia et al., 2008]:

• Cloración [Ramalho, 1996]

• Purificación por ozono [Montecalvo, 2006]

• Desinfección por osmosis inversa [Whitten et al., 2008]

• Permanganato de Potasio [Noji, 1997]

c) PROCESOS BIOLÓGICOS: El proceso de tratamiento biológico consiste en el

control del medio ambiente de los microorganismos de modo que se consigan

condiciones de crecimiento óptimas (Nodal, 2001).

• Cultivo de bacterias (Salazar, 2009)

d) PROCESOS FISICOQUÍMICOS: Este tratamiento consta, básicamente de dos

etapas: coagulación y floculación (Aguilar et al., 2002). Los procesos de

coagulación y floculación facilitan la eliminación de los sólidos en suspensión y de

las partículas coloidales. Ambos tratamientos van siempre unidos (Sainz, 2007).

• Coagulación: Desestabilización de unas partículas de pequeño diámetro, llamadas

coloides, responsables de la turbidez o del color del agua superficial, causada por la adición

de un reactivo químico llamado coagulante (Figura 1).

Figura 1. Proceso de coagulación de partículas.

• Floculación: Formación de aglomerados por unión de partículas en suspensión existentes

en el seno del liquido, mediante la adición de un reactivo llamado floculante (Figura 2).


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Figura 2. Proceso de floculación de partículas

FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA

En los últimos años, se han propuesto el uso de los procesos de oxidación avanzada (AOPs)

como una opción para el tratamiento de aguas contaminadas con sustancias complejas.

Los Procesos Avanzados de Oxidación se clasifican en procesos fotoquímicos y no

fotoquímicos, en función de la utilización o no de radiaciones luminosas en el proceso. En

la tabla 2 se indican algunos de los más utilizados actualmente (Pey, 2013).

Tabla 2. Procesos de oxidación avanzada más utilizados

Procesos no fotoquímicos Procesos fotoquímicos

Ozonización

Ozonización con H2O2/ O3.

Procesos Fenton (Fe2+

/ H2O2)

Oxidación electroquímica

Radiólisis y tratamiento con haces de

electrones

Plasma no térmico

Descarga electrohidráulica y ultrasonidos

Oxidación en agua sub y supercrítica.

Ultravioleta de vacio

UV/ H2O2

UV/ O3

Foto-Fenton y relacionadas

Fotocatálisis heterogénea:

Con semiconductores.

Con sensibilizadores orgánicos o

complejos de metales de transición.

Uno de los Procesos de Oxidación Avanzados que más ha llamado la atención

recientemente es la Fotocatálisis Heterogénea. La fotocatálisis heterogénea se diferencia de

los demás procesos fotoquímicos, ya que no es selectiva y por los tanto puede emplearse

para tratar mezclas complejas de contaminantes.

El proceso de fotocatálisis se basa en la transferencia de carga a través de la interfaz entre

el semiconductor y la solución acuosa contaminada. En la fotocatálisis se necesita la

presencia de un semiconductor, en el cual la conductividad aumenta con la temperatura,

pero esta es menor que en los metales (Jaramillo & Taborda, 2006).


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La fotocatálisis hace referencia a una reacción catalítica que involucra la absorción de luz

por parte de un catalizador o substrato. Si este es un semiconductor de banda ancha sensible

a la luz, sobre el cual se originan fotorreacciones simultáneas de oxidación y reducción en

diferentes zonas de la región interfacial (liquido-solido o gas-solido), se denomina a la

tecnología fotocatálisis heterogénea. La fotocatálisis heterogénea permite la degradación, e

incluso la mineralización, de una gran variedad de compuestos orgánicos (Rubiano et al.,

2005).

El dióxido de titanio, TiO2, es un semiconductor tipo n sensible a la luz que absorbe

radiación electromagnética en la región del UV, es anfótero y muy estable químicamente.

Un gran número de trabajos han reportado que el TiO2 es un buen fotocatalizador debido a

que posee un adecuado valor de banda prohibida (~3eV) (García, 2012; Méndez et al.,

2006). Además es utilizado como pigmento blanco, por sus propiedades de dispersión,

recubrimiento anticorrosivo, sensor de gases, absorbente de rayos UV en productos

cosméticos y en la industria cerámica. Polvos de dióxido de titanio han sido obtenidos

utilizando diversos métodos, entre ellos: síntesis química en fase vapor (Akurati, 2006),

hidrotérmica (Mesa, 2012), precipitación controlada (Wilches et al., 2007) y el denominado

proceso sol-gel (Fernández & Guzmán, 2007), entre otros (Ochoa et al., 2010). Sin

embargo en la última década se ha comenzado a explorar un método novedoso denominado

de combustión (Mónros et al., 2003; Bender & Brubacher, 1977; Trejo, 2005; Skoog &

West, 2002; Rodríguez, 1995).

El método de combustión es una técnica bastante sencilla, rápida y económica (Patil et al.,

2008). Fue desarrollada en 1967 por Merzhanov para la síntesis de boruro de titanio, esta

técnica se basa en una reacción redox exotérmica, es decir, reacciones de oxidación y

reducción entre un oxidante y un combustible.

En el presente trabajo se reporta la funcionalización de la superficie del TiO2 por el método

de combustión en solución para mejorar su eficiencia en la degradación de azul de

metileno.

METODOLOGÍA

Durante el desarrollo experimental del presente trabajo se utilizaron los siguientes

reactivos:

1. Dióxido de Titanio (TiO2) de grado analítico. (J. T. Baker)

2. Urea (NH2CONH2). (J. T. Baker)

3. Agua tridestilada (H2O) (Karal)

MÉTODO DE COMBUSTIÓN EN SOLUCIÓN MODIFICADO

Para la funcionalización de la superficie del dióxido de titanio por el método de combustión

en solución modificado se prepararon 5 muestras de dióxido de titanio (TiO2) y se usó

como combustible urea (NH2CONH2), la relación molar usada fue de TiO2:NH2CONH2 =


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1:3. A cada muestra se le agregan 5 ml de agua y se colocaran en una parrilla a 70 °C hasta

llevar casi a sequedad la suspensión.

Una vez obtenidas las 5 muestras, se tomo una como la muestra blanco (TiO2 – Urea) y a

las 4 muestras restantes (TiO2 - Urea) se les agregaran diferentes cantidades de agua (0.5,

1.0, 1.5 y 2.0 ml). Las 5 muestras se llevaron a una mufla previamente precalentada a

800°C donde se calcinaron durante 5 minutos.

CARACTERIZACIÓN DE POLVOS

Los polvos obtenidos mediante el método de combustión en solución modificado se

caracterizaron por diferentes técnicas. Los análisis de microscopia electrónica de barrido

(MEB) fueron obtenidos con un microscopio electrónico de barrido marca JEOL modelo

JSM-6610VL. Los patrones de difracción de rayos X (DRX) fueron obtenidos en un

difractómetro de rayos X marca D8 Discovered Bruker, modelo Rocky -3786EV-RS,

equipado con radiación de Cu Kα (λ=1.5406 Ǻ). El análisis TGA se llevo a cabo en un

equipo STA449 F3 Jupiter. Finalmente, el análisis BET se llevo a cabo en un equipo

Micrometrics, modelo ASAP 2020.

EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD FOTOCATALÍTICA

La actividad fotocatalítica se evaluó usando como contaminante azul de metileno (AM)

cuya concentración se estableció en 30 ppm. A la solución de Azul de metileno se le

agregaron 0.1 gr de TiO2 y un flujo de aire, esto se realizó a diferentes tiempos con una

irradiación provista por una lámpara UV. La evaluación de la actividad fotocatalítica se

llevó a cabo en un espectrofotómetro GENESYS 10S UV-Vis.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

CARACTERIZACIÓN DEL TiO2

DIFRACCIÓN DE RAYOS X (DRX)

En la figura 3 se muestra el difractograma de las muestras de TiO2 – urea tratadas con

diferentes cantidades de agua (0.5, 1.0, 1.5 y 2.0 mL) y sometidas a combustión. Los picos

principales del TiO2 se encontraron en los ángulos 2 = 25.63°, 37.29°, 38.24°, 38.97,

48.32°, 54.31° y 55.46° correspondientes a la fase anatasa de acuerdo a la tarjeta patrón

JCPDS 78- 2486. No se observaron cambios estructurales debido al proceso de combustión.


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Figura 3. Muestras tratadas con diferentes cantidades de agua: a) 0.5 mL de agua, b) 1.0 mL de

agua, c) 1.5 mL de agua y d) 2.0 mL de agua.

MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (MEB)

El tamaño y la morfología de las muestras de TiO2 tratados por el método de combustión en

solución modificado fueron estudiados por MEB (Ortega et al., 2009).

En todas las muestras se puede observar que las morfologías y tamaños de partículas son

muy similares, en la figura 4 se puede observar la muestra de TiO2- Urea sin agua, la cual

presenta tamaños de partícula entre 10 µm y 100 µm, se observa también en la superficie

de las mismas una microestructura granular, posiblemente como resultado de la

aglomeración de partículas más pequeñas.


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Figura 4. Micrografía MEB de la muestra blanco de TiO2.

En la figura 5 (a) se presenta la muestra tratada con 0.5 mL de agua y en la figura 5 (b) se

presenta la muestra tratada con 2.0 mL de agua, en ambas muestras se puede observar una

morfología y tamaños de partícula muy similares a los obtenidos para la muestra tratada por

combustión y sin agua. No se reportan las micrografías de las muestras con 1.0 mL de agua

y 1.5 mL agua debido a que las micrografías son muy similares entre sí.

Figura 5. Micrografía MEB del TiO2: (a) tratado con 0.5 mL de agua y (b) tratado con 2.0 mL de

agua.

En general puede observarse que todas las muestras presentaron aglomerados y un material

denso. Granados et al., (2008) prepararon óxidos usando mezclas de nitratos en lugar de

óxidos como los usados en el presente trabajo. Ellos encuentran partículas más pequeñas y

de formas variadas y en algunos casos presentan contaminación con nitratos. La diferencia


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en la morfología y composición en ambas investigaciones se debió al uso, en el presente

trabajo, de TiO2 insoluble como precursor, con un tamaño de partícula de aproximadamente

1 µm.

ISOTERMAS DE ADSORCIÓN (BET)

La isoterma de nitrógeno a 77 K de la muestra de TiO2- Urea sin agua mostrada en la figura

6 se clasifica como tipo II, de acuerdo con la clasificación de la IUPAC (Ortega et al.,

2009). Esta es característica de sólidos macroporosos o no porosos.

Figura 6. Isoterma de N2 a 77 K para la muestra de TiO2- Urea sin agua.

Para las muestras de TiO2 a las que se les agregó antes de la calcinación 0.5, 1.0, 1.5 y 2.0

mL de H2O, se pudo observar que estas presentan isotermas del mismo tipo que la muestra

TiO2- Urea sin agua (figuras no mostradas). El área superficial obtenida para todas las

muestras fue de alrededor de 8 m2/gr, no observándose ningún cambio significativo debido

al proceso de síntesis (Tabla 3) como se esperaba.

Tabla 3. Área superficial de la muestra TiO2-urea con diferentes cantidades de H2O

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 0.5 1 1.5

V[c

m3(S

TP

) g

-1]

P/Po

Muestra Area superficial SBET (m2/g)

TiO2 7.0

TiO2-Urea sin agua 8.1

TiO2-Urea con 0.5 mL de H2O 8.0

TiO2- Urea con 1.0 mL de H2O 8.0




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Lo anterior puede explicarse considerando el hecho de que en el presente trabajo se

utilizaron compuestos óxidos insolubles en lugar de nitratos, durante el proceso de

combustión los compuestos de nitratos se solubilizan y forman complejos con el

combustible, en nuestro caso al usar compuestos insolubles no se formaron dichos

complejos, quedando las partículas de TiO2 sólo recubiertas por el combustible (urea) y al

ser el tiempo de calcinación de tan sólo 5 minutos, no fue suficiente para hacer crecer más

allá del tamaño original las partículas de TiO2.

EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD FOTOCATALÍTICA

Los resultados de la degradación de azul de metileno con una concentración inicial de 30

ppm a 285 minutos de exposición de radiación UV para el óxido de titanio (TiO2) calcinado

y sin agregar agua se presentan en la figura 7. Se puede observar que la muestra comienza a

degradar el azul de metileno a medida que se aumentan los tiempos de iluminación.

Una vez transcurridos los 285 minutos el azul de metilo con la muestra de TiO2 con urea

sin agua alcanza una degradación de aproximadamente 79.17 %.

Figura 7. Degradación de azul de metileno en la muestra de TiO2- Urea sin agua.

Para la muestra que se le agregaron 0.5 mL de agua los resultados indican que en los

primeros 105 minutos la muestra degrada menos azul de metileno que la muestra sin agua


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como se puede observar en la tabla 4, a partir de los 165 segundos se comienza a ver un

incremento con respecto a la muestra sin agua, cuando llega a los 285 minutos degrada el

89.58 % del colorante, observándose que la adición de agua provoca que el proceso de

degradación disminuya.

Tabla 4. Porcentaje de degradación del colorante azul de metileno a diferentes cantidades de agua

Muestra Tiempo (minutos)

15 45 105 165 225 285

TiO2 –Urea sin agua 0% 39.00% 55.66% 62.50% 72.23% 79.17%

TiO2 –Urea con 0.5 mL de agua

0% 27.09% 50.00% 66.67% 81.25% 89.58%


0% 50.00% 70.93% 82.56% 84.88% 88.38%


0% 49.44% 74.16% 84.27% 88.77% 92.14%


0% 48.24% 65.89% 75.30% 80.00% 83.53%

La muestra de TiO2- Urea con 1.0 mL de agua, nos muestra que una vez transcurridos los

285 minutos la muestra alcanza una degradación del 88.38 %. La muestra de TiO2-Urea con

1.5 mL de agua alcanzó una degradación de 92.14% al transcurrir los 285 minutos. La

muestra de TiO2-Urea con 2.0 mL de agua alcanza una degradación después de 285

minutos de 83.53%, la degradación disminuye aproximadamente 8.61%, como se puede

observar en la Tabla 5.

Como se puede observar en la tabla 4, la muestra que alcanzó la mejor degradación fue la

de TiO2-Urea con 1.5 mL de agua, lo cual coincide con resultados obtenidos por otros

autores, los cuales reportan que la cantidad óptima de agua se encuentra entre los 0.5 y 2.0

mL, después de esta cantidad se puede observar que la degradación empieza a disminuir.

También se puede observar que a medida que se aumenta la cantidad de agua en las

muestras, la degradación es mayor, lo cual indica que en este caso la adición de agua antes

de la calcinación ocasiona diferentes grados de funcionalización en la muestra, mejorando

las propiedades del compuesto para esta aplicación. Por otro lado se puede observar que la

muestra sin agua también degrada en un porcentaje considerable, aproximadamente de

79.17% en comparación del TiO2 de grado analítico no tratado por el método de

combustión el cual degrada aproximadamente en 240 minutos sólo el 31% en una solución

de 30 ppm [5], lo cual sugiere que el uso de urea debe estar funcionalizando la superficie

del óxido cambiando su estequiometría de TiO2 a TiO2-x.

ANÁLISIS TERMOGRAVIMÉTRICO (TGA)

Los análisis termogravimétricos se realizaron en atmósfera de O2 para estudiar la

funcionalización de la superficie, el intervalo de temperaturas estudiado comprende desde


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la temperatura ambiente hasta los 900°C. En la figura 8 se muestran los resultados

obtenidos para la muestra TiO2-Urea sin agua:

Figura 8. Análisis Termogravimétrico en atmosfera de O2 de la muestra de TiO2-Urea sin agua.

La curva termogravimétrica muestra que el TiO2-Urea sin agua no presenta ninguna pérdida

de peso, se puede observar que alrededor de los 300 °C la muestra se activa teniendo un

incremento en su porcentaje de masa de alrededor del 1.2% hasta los 900°C.

A continuación se presenta la muestra de TiO2-Urea con 2 mL de agua, se puede apreciar

que en el intervalo de 25 a 400 °C hay una pérdida en el porcentaje de masa de alrededor de

0.15% (Figura 9). A partir de los 400 °C se puede observar un incremento de peso,

asociado a la oxidación aproximadamente de 0.9%.


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Figura 9. Análisis Termogravimétrico en atmosfera de O2 de la muestra de TiO2-Urea.

Se observa que esta muestra adsorbe menos oxígeno que la muestra tratada con urea y sin

agua, esto se puede explicar debido a que durante el proceso de combustión la muestra

queda deficiente en oxígeno formando TiO2-x, al llevar a cabo el análisis TGA en ambiente

de O2 la muestra de TiO2-x recupera el oxígeno perdido formando TiO2. Por otro lado, la

muestra tratada con agua antes del proceso de combustión adsorbe menos oxígeno debido a

que el agua agregada reacciona con el TiO2 durante la combustión formando TiO2-x menos

deficiente en oxígeno. Las muestras (figuras no mostradas) tratadas con 0.5, 1 y 1.5 mL de

agua antes de la combustión presentaron un comportamiento muy similar al de la muestra

tratada con 2.0 mL de agua.

CONCLUSIONES

El método de combustión, el cual utiliza mezclas de nitratos metálicos y combustibles

(urea, alanina, glicina, entre otros) para producir óxidos, cerámicos, intermetálicos, y otros

productos, fue modificado en este trabajo para aumentar el área superficial del TiO2 usando

mezclas precursoras de óxidos insolubles, combustible (urea) y agregando diferentes

cantidades de agua antes del proceso de combustión (método modificado de combustión en

solución). Se encontró que al aplicar este método no se logró aumentar el área superficial

del TiO2, en su lugar se funcionalizó la superficie formando TiO2-x deficiente en oxígeno.

Esta deficiencia de oxígeno favoreció su capacidad en la degradación de azul de metileno.

El agregar diferentes cantidades de agua antes del proceso de combustión ocasiona que el

TiO2 funcionalizado recupere el oxígeno perdido, disminuyendo su capacidad para

degradar azul de metileno. La muestra con urea y con 1.5 mL de agua presentó la mayor

eficiencia en la degradación de azul de metileno.


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Las muestras tratadas por combustión no sufren cambios estructurales a pesar de

funcionalizar su superficie, y su morfología tampoco se ve afectada.

BIBLIOGRAFÍA

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