Síntesis de ZnO dopado con Ag, La y Cu mediante la técnica de solución nital para la reducción de CO₂.

Torres Sánchez, Arturo (2016) Síntesis de ZnO dopado con Ag, La y Cu mediante la técnica de solución nital para la reducción de CO₂. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

Propósito y Método del Estudio: La fotocatálisis heterogénea ha sido muy estudiada en los últimos años debido a la versatilidad en su utilización como un proceso de degradación de contaminantes en el agua y el aire, así como en la producción de H2. Más recientemente se ha aplicado este proceso para la reducción del dióxido de carbono (CO2) que es uno de los principales gases de efecto invernadero, los cuáles so ausates del calentamiento global. El proceso de fotocatálisis tiene el potencial de reducir el CO2 hacia combustibles alternativos a los combustibles fósiles como: formaldehído (HCHO), entre otros. En este trabajo se llevó a cabo la síntesis de óxido de zinc (ZnO) mediante la técnica de solución nital, así como el dopaje del ZnO con plata (Ag), lantano (La) y cobre (Cu) en diferentes porcentajes (0.5, 2 y 5%). Se realizó la caracterización de las propiedades estructurales de los materiales sintetizados mediante la técnica de difracción de rayos X (DRX) y su morfología se observó mediante Microscopía Electrónica de Barrido (MEB). Las propiedades ópticas se determinaron con espectroscopía de UV-Vis y su fotoluminiscencia por medio de espectroscopía de Fluorescencia. La fotorreducción de CO2 se determinó en un reactor tipo Batch, conteniendo el fotocatalizador en suspensión y saturando el reactor con el CO2. Como fuente de irradiación se utilizó una lámpara de luz UV de 254 nm. La reacción se llevó a cabo durante 6 horas (variando condiciones tales como la presión, el pH y la temperatura). Finalmente se analizó el producto obtenido por espectroscopía de UV-Vis en un intervalo de longitud de onda de 550 a 175 nm. Asimismo, se cuantificó la concentración de formaldehído producido mediante cromatografía de líquidos de alta resolución. Contribuciones y conclusiones: Fue posible la síntesis de óxido de zinc (ZnO), así como de los materiales de ZnO con plata, lantano y cobre en los porcentajes propuestos de 0.5, 2 y 5% mediante la técnica de solución nital. Por medio de la técnica de difracción de rayos X (DRX) se pudo comprobar que se obtuvieron las fases buscadas en los materiales sintetizados, esto sin necesidad de aplicar un tratamiento térmico posterior al método de síntesis. De acuerdo con el análisis por espectroscopía de UV-Vis, se determinó que todos los materiales sintetizados presentaron actividad en la fotorreducción del dióxido de carbono (CO2). Mediante la técnica de espectroscopía de impedancia electroquímica fue posible la determinación de la posición de bandas de los materiales sintetizados, con lo que se demostró que con la aplicación de estos materiales sintetizados en la fotorreducción de CO2 es factible la formación de diferentes productos en la misma reacción. Se observó un efecto de la presión en todas las pruebas de reducción de CO2, encontrando que a una presión de 6 psi disminuye la eficiencia de la reacción. La reacción de reducción de CO2 se vio favorecida a pH ácido para ZnO y ZnO-2% Ag y a pH neutro para ZnO-5% Ag, ZnO-2% La y ZnO2% Cu. Finalmente, se observó un efecto de la temperatura en todas las pruebas de reducción de CO2, encontrando que a menor temperatura aumenta la eficiencia de la reacción. Mediante cromatografía de líquidos de alta solución se determinó que la mayor producción de formaldehído se obtuvo al utilizar ZnO-5% Ag con un rendimiento de 8.44 µmol/g cat. H.

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