ES2946207B2 - Photocatalyst for the treatment of fluids containing organic matter - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Fotocatalizador para el tratamiento de fluidos que contengan materia orgánicaPhotocatalyst for the treatment of fluids containing organic matter
Campo de la técnica:Technique field:
La presente invención pertenece al campo de los catalizadores, específicamente a los fotocatalizadores heterogéneos basados en semiconductores, útiles en la oxidación fotocatalítica de la materia orgánica presente en fluidos. The present invention belongs to the field of catalysts, specifically to heterogeneous photocatalysts based on semiconductors, useful in the photocatalytic oxidation of organic matter present in fluids.
Antecedentes de la invención:Background of the invention:
La contaminación de aguas es uno de los problemas más relevantes que afrontan las sociedades en la actualidad. La disponibilidad de agua es limitada, y por ello, su Water pollution is one of the most relevant problems facing societies today. The availability of water is limited, and therefore, its
descontaminación y reutilización es primordial para preservar la salud pública y conservar los ecosistemas. Las aguas residuales pueden estar compuestas por diferentes tipos de contaminantes: metales pesados, plaguicidas, tintes, drogas, patógenos, heces, sales, plásticos, etc. Estas aguas son producidas en gran medida por actividades antropogénicas (residuos urbanos, industria, agricultura) [Ajibade, F. O., Adelodun, B., Lasisi, K. H., Fadare, O. O., Ajibade, T. F., Nwogwu, N. A., Sulaymon, I. D., Ugya, A. Y., Wang, H. C., Wang, A., Woodhead Publ. Ser. Food Sci. Technol. Nutr., 321, (2021)]. Decontamination and reuse is essential to preserve public health and conserve ecosystems. Wastewater can be composed of different types of contaminants: heavy metals, pesticides, dyes, drugs, pathogens, feces, salts, plastics, etc. These waters are largely produced by anthropogenic activities (urban waste, industry, agriculture) [Ajibade, F. O., Adelodun, B., Lasisi, K. H., Fadare, O. O., Ajibade, T. F., Nwogwu, N. A., Sulaymon, I. D., Ugya, A.Y., Wang, H.C., Wang, A., Woodhead Publ. Ser. Food Sci. Technol. Nutr., 321, (2021)].
Los métodos tradicionales de tratamiento de aguas residuales se clasifican en físicos, biológicos y químicos, los cuáles emplean decantadores, lechos bacterianos y baños de cloro, respectivamente. Sin embargo, estas técnicas pueden producir contaminación bacteriológica y productos secundarios peligrosos (compuestos halogenados) [Von Gunten, U., Eviron. Sci. Technol., 52, 5062 (2018)]. Además, son insuficientes para eliminar compuestos biológicamente tóxicos y compuestos orgánicos persistentes, como el fenol, una molécula aromática carcinogénica. Estos contaminantes suelen estar presentes en aguas residuales en concentraciones que van según los casos desde partes por millón (ppm) a partes por billón (ppb), lo que dificulta su eliminación [Rivera-Utrilla, J., López-Ramón, M. V., Sánchez-Polo, M., Álvarez, M. Á., Velo-Gala, I., Catalysts, 10 (2020)]. No obstante, los procesos de oxidación avanzada (AOPs) han resultado efectivos para la mineralización de compuestos orgánicos persistentes presentes en aguas residuales. Los AOPs se caracterizan por la generación de especies altamente reactivas, como el radical hidroxilo ('OH), capaces de oxidar la materia orgánica hasta su mineralización, transformándola en dióxido de carbono y agua. La fotocatálisis heterogénea pertenece a la familia de los AOPs y ofrece una alta eficiencia de mineralización, velocidades de degradación elevadas, capacidad de reutilización y baja demanda energética [Ma, D., Yi, H., Lai, C., Liu, X., Huo, X., An, Z., Li, L., Fu, Y., Li, B., Zhang, M., Qin, L., Liu, S., Yang, L., Chemosphere, 275, 130104 (2021)]. Traditional wastewater treatment methods are classified as physical, biological and chemical, which use decanters, bacterial beds and chlorine baths, respectively. However, these techniques can produce bacteriological contamination and dangerous by-products (halogenated compounds) [Von Gunten, U., Eviron. Sci. Technol., 52, 5062 (2018)]. Furthermore, they are insufficient to eliminate biologically toxic compounds and persistent organic compounds, such as phenol, a carcinogenic aromatic molecule. These contaminants are usually present in wastewater in concentrations that range, depending on the case, from parts per million (ppm) to parts per billion (ppb), which makes their elimination difficult [Rivera-Utrilla, J., López-Ramón, M. V., Sánchez -Polo, M., Álvarez, M. Á., Velo-Gala, I., Catalysts, 10 (2020)]. However, advanced oxidation processes (AOPs) have been effective for the mineralization of persistent organic compounds present in wastewater. AOPs are characterized by the generation of highly reactive species, such as the hydroxyl radical ('OH), capable of oxidizing organic matter until it is mineralized, transforming it into carbon dioxide and water. Heterogeneous photocatalysis belongs to the family of AOPs and offers high mineralization efficiency, high degradation rates, reusability and low energy demand [Ma, D., Yi, H., Lai, C., Liu, X. Huo, X., An, Z., Li, L., Fu, Y., Li, B., Zhang, M., Qin, L., Liu, S., Yang, L., Chemosphere, 130104 (2021)].
El dióxido de titanio (TiO2) es uno de los semiconductores más empleados como fotocatalizador debido a su alta resistencia a la fotocorrosión, su bajo coste y su habilidad para absorber radiación solar, siendo su fase cristalina anatasa, el polimorfo con más actividad fotocatalítica [Weng, B., Qi, M.-Y., Han, C., Tang, Z.-R., Xu, Y. J., ACS Catal., 9, 5, 4642 (2019); Etacheri, V., Di Valentin, C., Schneider, J., Bahnemann, D., Pillai, S. C., J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev., 25, 1 (2015)]. Cuando el TiO2es excitado con luz (radiación UV-A) de energía igual o superior a su banda prohibida (3,2 eV), se genera en su superficie un par electrón-hueco, el cual es capaz de reducir oxígeno al anión radical superóxido (O2-) y de oxidar el agua al radical hidroxilo ('OH), respectivamente [Herrmann, J.-M., Catal. Today, 53, 1, 115 (1999)]. Estas especies altamente reactivas son responsables de la oxidación de los compuestos orgánicos. Sin embargo, en el TiO2se observa una gran eficiencia de recombinación de los electrones y los huecos fotogenerados. Este problema puede ser solventado reduciendo el tamaño de partícula e incrementando el área superficial ya que se acorta el transporte de pares electrón-hueco desde el seno del material a su superficie [Li, T.; Abdelhaleem, A., Chu, W., Pu, S., Qi, F., Zou, J., Chem. Eng. J., 411, 128450 (2021)]. El TiO2comercial de referencia es el llamado Degussa P25. Este material se presenta como un polvo blanco compuesto por nanopartículas de un tamaño medio de 21 nm, con una proporción de fases cristalinas de 80:20 anatasa:rutilo y una área superficial BET de 55 m2g<-1>[Ohtani, B., Prieto-Mahaney, O. O., Li, D., Abe, R., J. Photochem. Photobiol. A Chem., 216, 2, 179 (2010)]. La alta eficiencia fotocatalítica exhibida por el P25 explica su utilización en fotorreactores de lecho fluidizado donde las aguas contaminadas se tratan con fotocatalizador en suspensión. No obstante, el uso de fotocatalizadores nanométricos conduce a problemas técnicos como la aglomeración de partículas, con la consecuente pérdida de área fotoactiva, o la necesidad de procesos de centrifugación o ultrafiltración, lo que supone mayor uso energético y de recursos para las industrias. Por estas razones, la inmovilización de los fotocatalizadores es de gran interés para el escalado industrial [Oblak, R., Kete, M., Stangar, U. L., Tasbihi, M., J. Water Process Eng., 23, 142 (2018)]. Titanium dioxide (TiO2) is one of the semiconductors most used as a photocatalyst due to its high resistance to photocorrosion, its low cost and its ability to absorb solar radiation, its crystalline phase being anatase, the polymorph with the most photocatalytic activity [Weng , B., Qi, M.-Y., Han, C., Tang, Z.-R., Xu, Y. J., ACS Catal., 9, 5, 4642 (2019); Etacheri, V., Di Valentin, C., Schneider, J., Bahnemann, D., Pillai, S. C., J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev., 25, 1 (2015)]. When TiO2 is excited with light (UV-A radiation) of energy equal to or greater than its bandgap (3.2 eV), an electron-hole pair is generated on its surface, which is capable of reducing oxygen to the superoxide radical anion. (O2-) and oxidizing water to the hydroxyl radical ('OH), respectively [Herrmann, J.-M., Catal. Today, 53, 1, 115 (1999)]. These highly reactive species are responsible for the oxidation of organic compounds. However, in TiO2 a high recombination efficiency of photogenerated electrons and holes is observed. This problem can be solved by reducing the particle size and increasing the surface area since the transport of electron-hole pairs from the core of the material to its surface is shortened [Li, T.; Abdelhaleem, A., Chu, W., Pu, S., Qi, F., Zou, J., Chem. Eng. J., 411, 128450 (2021)]. The reference commercial TiO2 is called Degussa P25. This material appears as a white powder composed of nanoparticles with an average size of 21 nm, with a crystalline phase ratio of 80:20 anatase:rutile and a BET surface area of 55 m2g<-1>[Ohtani, B., Prieto-Mahaney, O. O., Li, D., Abe, R., J. Photochem. Photobiol. A Chem., 216, 2, 179 (2010)]. The high photocatalytic efficiency exhibited by P25 explains its use in fluidized bed photoreactors where contaminated water is treated with suspended photocatalyst. However, the use of nanometric photocatalysts leads to technical problems such as particle agglomeration, with the consequent loss of photoactive area, or the need for centrifugation or ultrafiltration processes, which means greater use of energy and resources for industries. For these reasons, the immobilization of photocatalysts is of great interest for industrial scaling [Oblak, R., Kete, M., Stangar, U. L., Tasbihi, M., J. Water Process Eng., 23, 142 (2018) ].
El soporte más utilizado para la inmovilización del TÍO2es el dióxido de silicio (SÍO2). Este sustrato tiene un bajo coste, una química de superficie muy estudiada, alta capacidad de adsorción, alta estabilidad termal y química, y no absorbe luz ultravioleta [Axinte, E., Mater. Des., 32, 4, 1717 (2011); Ullah, S., Ferreira-Neto, E. P., Pasa, A. A., Alcántara, C. C. J., Acuña, J. J. S., Bilmes, S. A., Martínez Ricci, M. L., Landers, R., Fermino, T. Z., Rodrigues-Filho, U. P., Appl. Catal. B Environ., 179, 333 (2015)]. Por una parte, se han usado métodos para depositar diferentes cantidades de nanopartículas de TiO2sobre materiales de vidrio de SiO2. Entre ellas cabe destacar la formación de esponjas de poliuretano las cuales aumentan la superficie del vidrio al que posteriormente se impregna de TiO2por inmersión en una suspensión de Degussa P25. En este caso, la actividad fotocatalítica del material fue evaluada en la reducción fotocatalítica de Cr (VI) en presencia de EDTA [Loffler, F. B.; Altermann, F. J.; Bucharsky, E. C.; Schell, K. G.; Vera, M. L.; Traid, H.; Dwojak, A.; Litter, M. I., Int. J. Appl. Ceram. Technol., 17, 4, 1930 (2020)]. Sin embargo, la inmovilización directa de P25 sobre sustratos de vidrio no resulta en recubrimientos robustos y duraderos con suficiente estabilidad mecánica, pudiendo retirar los recubrimientos de TiO2mediante simple exfoliación. Por ello, el tetraisopropóxido de titanio (IV) (TTIP) y el tetraetil ortosilicato (TEOS) han sido usados como precursores de TiO2y SiO2, respectivamente, para sintetizar materiales más robustos. Uno de ellos ha sido la preparación de un gel al que se le añadió posteriormente P25. La mezcla resultante fue soportada sobre un vidrio de portaobjetos para microscopio mediante inmersión. El material fue utilizado para la fotodegradación en batch de 2-metilisoborneol y Geosmin, compuestos orgánicos responsables del olor y el sabor en agua [Yaparatne, S.; Tripp, C. P.; Amirbahman, A., J. Hazard. Mater., 346, 208 (2018)], sin embargo, no se evaluó el grosor de la capa de nanoparticulas de P25 depositadas sobre el vidrio además de que el soporte no presentaba ninguna porosidad ni la ergonomía adecuada para un proceso en continuo. También se han utilizado fibras de vidrio submicrométricas para preparar fotocatalizadores de TiO2mediante las técnicas sol-gel y electrohilado. Por ejemplo, este núcleo condensado de SiO2fue revestido con una capa de SiO2mesoporoso mediante el método de Stober modificado para dar lugar a una estructura de núcleo@corteza. Finalmente, a este material se le adhirió una gran capa de TiO2nanoestructurado utilizando cloruro de titanio (IV) (TiCU) como precursor de titanio en un autoclave. El material resultante adquirió configuración de núcleo@doble-corteza y fue testeado en la fotodegradación de rodamina B [Ma, Z.; Chen, W.; Hu, Z.; Pan, X.; Peng, M.; Dong, G.; Zhou, S.; Zhang, Q.; Yang, Z.; Qiu, J., ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 15, 7527 (2013)]. The most widely used support for immobilization of TÍO2 is silicon dioxide (SÍO2). This substrate has a low cost, a well-studied surface chemistry, high adsorption capacity, high thermal and chemical stability, and does not absorb ultraviolet light [Axinte, E., Mater. Des., 32, 4, 1717 (2011); Ullah, S., Ferreira-Neto, E. P., Pasa, A. A., Alcántara, C. C. J., Acuña, J. J. S., Bilmes, S. A., Martínez Ricci, M. L., Landers, R., Fermino, T. Z., Rodrigues-Filho, U. P., Appl. Catal. B Environ., 179, 333 (2015)]. On the one hand, methods have been used to deposit different amounts of TiO2 nanoparticles on SiO2 glass materials. Among them, it is worth highlighting the formation of polyurethane sponges which increase the surface of the glass which is subsequently impregnated with TiO2 by immersion in a suspension of Degussa P25. In this case, the photocatalytic activity of the material was evaluated in the photocatalytic reduction of Cr (VI) in the presence of EDTA [Loffler, F. B.; Altermann, F.J.; Bucharsky, E. C.; Schell, K.G.; Vera, M.L.; Traid, H.; Dwojak, A.; Litter, M. I., Int. J. Appl. Ceram. Technol., 17, 4, 1930 (2020)]. However, direct immobilization of P25 on glass substrates does not result in robust and durable coatings with sufficient mechanical stability, and TiO2 coatings can be removed by simple exfoliation. Therefore, titanium (IV) tetraisopropoxide (TTIP) and tetraethyl orthosilicate (TEOS) have been used as precursors of TiO2 and SiO2, respectively, to synthesize more robust materials. One of them has been the preparation of a gel to which P25 was subsequently added. The resulting mixture was supported on a microscope slide glass by immersion. The material was used for the batch photodegradation of 2-methylisoborneol and Geosmin, organic compounds responsible for odor and taste in water [Yaparatne, S.; Tripp, C. P.; Amirbahman, A., J. Hazard. Mater., 346, 208 (2018)], however, the thickness of the layer of P25 nanoparticles deposited on the glass was not evaluated, in addition to the fact that the support did not present any porosity or adequate ergonomics for a continuous process. Submicron glass fibers have also been used to prepare TiO2 photocatalysts using sol-gel and electrospinning techniques. For example, this condensed SiO2 core was coated with a layer of mesoporous SiO2 using the modified Stober method to give rise to a core@shell structure. Finally, a large layer of nanostructured TiO2 was adhered to this material using titanium (IV) chloride (TiCU) as a titanium precursor in an autoclave. The resulting material acquired a core@double-shell configuration and was tested in the photodegradation of rhodamine B [Ma, Z.; Chen, W.; Hu, Z.; Pan, X.; Peng, M.; Dong, G.; Zhou, S.; Zhang, Q.; Yang, Z.; Qiu, J., ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 15, 7527 (2013)].
Este material resultó ser muy eficiente por presentar una gran superficie fotoactiva pero en él no se había optimizado ni el tamaño de cristal que según muchos estudios es de un tamaño de TiO2de entre 10 y 25 nm, ni el espesor de la capa de titanio para obtener la máxima eficiencia fotocatalítica [Topcu, S.; Jodhani; G.; Gouma, P. I., Front. Mater. 3, 35 (2016)]. Además, por la disposición de las nanoestructuras de la superficie del fotocatalizador es muy probable que se produzca la lixiviación del dióxido de titanio. Por otra parte, el tamaño submicrométrico de su soporte, aun flexible y poroso, produciría sobrepresiones si fuera utilizado en flujo continuo. También se han utilizado fibras micrométricas de lana de vidrio recubiertas por una película de TiO2sintetizada mediante deposición de fase líquida con un precursor de titanio de (NH<4>)2TiF<6>. La caracterización por microscopía de barrido electrónico (SEM) del material mostró fracturas en la película de TiO2depositada en la lana de vidrio, lo que compromete su estabilidad mecánica y su flexibilidad [Kishimoto, H.; Takahama, K.; Hashimoto, N.; Aoi, Y.; Deki, S., J. Mater. Chem., 8, 9, 2019 (1998)]. Además, en este caso, la capa de TiO2era también micrométrica, muy lejos del espesor óptimo fotocatalítico. This material turned out to be very efficient because it had a large photoactive surface, but neither the crystal size, which according to many studies is a TiO2 size between 10 and 25 nm, nor the thickness of the titanium layer had been optimized to obtain maximum photocatalytic efficiency [Topcu, S.; Jodhani; G.; Gouma, P. I., Front. Mater. 3, 35 (2016)]. Furthermore, due to the arrangement of the nanostructures on the surface of the photocatalyst, it is very likely that titanium dioxide leaching will occur. On the other hand, the submicron size of its support, even flexible and porous, would produce overpressures if it were used in continuous flow. Micrometric glass wool fibers covered by a TiO2 film synthesized by liquid phase deposition with a titanium precursor of (NH<4>)2TiF<6> have also been used. The characterization by scanning electron microscopy (SEM) of the material showed fractures in the TiO2 film deposited on the glass wool, which compromises its mechanical stability and flexibility [Kishimoto, H.; Takahama, K.; Hashimoto, N.; Aoi, Y.; Deki, S., J. Mater. Chem., 8, 9, 2019 (1998)]. Furthermore, in this case, the TiO2 layer was also micrometric, very far from the optimal photocatalytic thickness.
En otros estudios se han utilizado esferas submicrométricas de SiO2recubiertas con diferentes capas de TiO2, pero en este tipo de materiales solo existe un caso donde se haya optimizado el revestimiento de nanopartículas de TiO2, pero a un tamaño de cristal de 5 nm, lejos del intervalo óptimo, aunque aun así observaron que una capa de unos 25-30 nm de estos nanocristales producía buenos resultados fotocatalíticos [Ullah, S.; Ferreira-Neto, E.P.; Pasa, A.A.; Alcántara, C.C.J.; Acuña, J.J.S.; Bilmes, S.A.; Martínez Ricci, M.L.; Landers, R.; Fermino, T.Z.; Rodrigues-Filho, U.P., Appl. Catal. B, 179, 333 (2015)]. Sin embargo, este tipo de material submicrométrico, además de poder presentar lixiviación del dióxido de titanio por ser sintetizado por el método hidrotermal, sigue presentando las mismas dificultades para su separación del agua tratada que las propias nanopartículas P25, es decir necesitan centrifugación o filtración para su eliminación y no pueden usarse en flujo continuo por generar sobrepresiones debidas a su tamaño. In other studies, submicron SiO2 spheres coated with different layers of TiO2 have been used, but in this type of materials there is only one case where the coating of TiO2 nanoparticles has been optimized, but at a crystal size of 5 nm, far from the range optimal, although they still observed that a layer of about 25-30 nm of these nanocrystals produced good photocatalytic results [Ullah, S.; Ferreira-Neto, E.P.; Pasa, A.A.; Alcántara, C.C.J.; Acuña, J.J.S.; Bilmes, S.A.; Martínez Ricci, M.L.; Landers, R.; Fermino, T.Z.; Rodrigues-Filho, U.P., Appl. Catal. B, 179, 333 (2015)]. However, this type of submicron material, in addition to being able to leach titanium dioxide due to being synthesized by the hydrothermal method, continues to present the same difficulties for its separation from the treated water as the P25 nanoparticles themselves, that is, they require centrifugation or filtration to their elimination and cannot be used in continuous flow because they generate overpressures due to their size.
Por otra parte, es conocida la preocupación creciente por la contaminación ambiental, que puede deberse a la presencia de materia orgánica disuelta y/o en suspensión, habitualmente como resultado de procesos antropogénicos. En particular, los compuestos orgánicos volátiles (COVs, por sus siglas) son contaminantes presentes en fluidos gaseosos producidos normalmente por la emisión de vehículos y procesos industriales. Algunos COVs como el benceno, el tolueno o el formaldehido son compuestos carcinogénicos y nocivos para los seres vivos [ Mustafa, M. F., Lui, Y., Duan, Z., Guo, H., Xu, S., Wang, H., Lu,W.,J. Hazard. Mater. 327, 35, (2017)]. Una estrategia ampliamente utilizada es la eliminación de COVs mediante recubrimientos fotoactivos, los cuales son capaces llevar a cabo procesos de oxidación avanzada con una gran eficiencia en la eliminación de este tipo de contaminantes [Hodgson, A. T., Destaillats, H., Sullivan, D., Fisk, W. J., Indoor Air, 17, 305, (2007)]. De hecho, el uso de recubrimientos fotoactivos para la descontaminación y/o autolimpieza de superficies (como ventanas, cementos, etc) ha sido ampliamente estudiada e implementada en algunos productos comerciales [Ollis, D. F., C. R. Acad. Sci. Paris - Chem, 3, 405, (2000); Strini, A., Cassese, S., Schiavi, L., Appl. Catal. B, 61, 90 (2005); Puzenat, E., Pichat, P., J. Photochem. Photobiol., A, 160, 127, (2003)]. En este ejemplo concreto, las partículas fotoactivas de TiO2fueron soportadas en materiales capaces de resistir la abrasión mecánica o el desgaste debido al paso del tiempo. De hecho, habitualmente se contemplan tres requisitos clave para la fabricación de fotocatalizadores con objeto de producir la eliminación de COVs: (1) que el fotocatalizador presente una estructura que facilite la difusión de los COVs hacia los sitios activos del fotocatalizador y de los productos de oxidación hacia el medio el medio de reacción, (2) que el fotocatalizador incremente el tiempo efectivo de residencia de los COVs cerca de él y finalmente, (3) que todos los sitios activos del fotocatalizador se encuentren expuestos a la radiación [Kibanova, D., Cervini-Silva, J., Destaillats, H., Environ. Sci. Technol. 43, 1500, (2009)]. On the other hand, the growing concern about environmental pollution is known, which may be due to the presence of dissolved and/or suspended organic matter, usually as a result of anthropogenic processes. In particular, volatile organic compounds (VOCs) are pollutants present in gaseous fluids normally produced by emissions from vehicles and industrial processes. Some VOCs such as benzene, toluene or formaldehyde are carcinogenic compounds and harmful to living beings [Mustafa, M. F., Lui, Y., Duan, Z., Guo, H., Xu, S., Wang, H., Lu,W.,J. Hazard. Mater. 327, 35, (2017)]. A widely used strategy is the elimination of VOCs through photoactive coatings, which are capable of carrying out advanced oxidation processes with great efficiency in the elimination of this type of contaminants [Hodgson, A. T., Destaillats, H., Sullivan, D. , Fisk, W. J., Indoor Air, 17, 305, (2007)]. In fact, the use of photoactive coatings for decontamination and/or self-cleaning of surfaces (such as windows, cement, etc.) has been widely studied and implemented in some commercial products [Ollis, D. F., C. R. Acad. Sci. Paris-Chem, 3, 405, (2000); Strini, A., Cassese, S., Schiavi, L., Appl. Catal. B, 61, 90 (2005); Puzenat, E., Pichat, P., J. Photochem. Photobiol., A, 160, 127, (2003)]. In this specific example, the photoactive TiO2 particles were supported on materials capable of resisting mechanical abrasion or wear due to the passage of time. In fact, three key requirements are usually considered for the manufacture of photocatalysts in order to produce the elimination of VOCs: (1) that the photocatalyst has a structure that facilitates the diffusion of VOCs towards the active sites of the photocatalyst and the production products. oxidation towards the reaction medium, (2) that the photocatalyst increases the effective residence time of the VOCs near it and finally, (3) that all the active sites of the photocatalyst are exposed to radiation [Kibanova, D ., Cervini-Silva, J., Destaillats, H., Environ. Sci. Technol. 43, 1500, (2009)].
Algunos otros ejemplos contemplan la invención de materiales y/o sistemas para la eliminación de COVs: Some other examples contemplate the invention of materials and/or systems for the elimination of VOCs:
1) El documento ES1279076 describe un fotorreactor en continuo, para el tratamiento de aire contaminado por patógenos y compuestos orgánicos volátiles, compuesto por tubos de cuarzo transparente recubiertos de dos o más semiconductores: TiO2, ZrO2y SiO2, actuando este último como material de relleno para crear una mayor fricción y superficie de contacto. La fuente de irradiación empleada está compuesta por hileras de lámparas UV germicidas de 8 W. 1) Document ES1279076 describes a continuous photoreactor, for the treatment of air contaminated by pathogens and volatile organic compounds, composed of transparent quartz tubes coated with two or more semiconductors: TiO2, ZrO2 and SiO2, the latter acting as a filling material for create greater friction and contact surface. The irradiation source used is composed of rows of 8 W germicidal UV lamps.
2) El documento ES2871201A1 reporta un dispositivo y un procedimiento de tratamiento de aire contaminado por COVs y microorganismos (bacterias, virus). El procedimiento consta de un tratamiento doble compuesto por plasma atmosférico y por fotocatálisis. El dispositivo consta de una cámara donde dos electrodos crean una diferencia de potencial, la cual provoca la ruptura dieléctrica de aire que a su vez produce una descarga de plasma que elimina parte de los COVs y microorganismos del aire. El flujo de aire resultante del primer tratamiento fluye hasta otra cámara que alberga barreras de mallas de dióxido de titanio irradiadas por lámparas de luz ultravioleta, donde se realiza la segunda eliminación gradual de COVs y microorganismos, así como los subproductos de plasma arrastrados por el flujo de aire del primer tratamiento. 2) Document ES2871201A1 reports a device and a procedure for treating air contaminated by VOCs and microorganisms (bacteria, viruses). The procedure consists of a double treatment composed of atmospheric plasma and photocatalysis. The device consists of a chamber where two electrodes create a potential difference, which causes the dielectric breakdown of air, which in turn produces a plasma discharge that eliminates part of the VOCs and microorganisms from the air. The air flow resulting from the first treatment flows to another chamber that houses titanium dioxide mesh barriers irradiated by ultraviolet light lamps, where the second gradual elimination of VOCs and microorganisms, as well as plasma byproducts carried by the flow, is carried out. of air from the first treatment.
3) El documento ES2339081A1 exhibe un equipo de purificación de gases tóxicos de origen orgánico con aplicación en chimeneas o campanas extractoras de industrias. El catalizador se prepara a partir de una mezcla de TiO2con una disolución acuosa de CuSO<4>. El material resultante, CuTiO2, se calcina a 400 °C durante 5 h. Después, este material se impregna en las paredes de un reactor. El sistema de tratamiento de los COVs se basa en hacer fluir un flujo de aire que arrastra los vapores de una disolución de contaminantes al reactor con el fotocatalizador impregnado. A continuación, se aplica una fuente de irradiación UV en el reactor y se monitoriza la salida de gases del sistema por cromatografía de gases. 3) Document ES2339081A1 exhibits equipment for purifying toxic gases of organic origin for application in chimneys or industrial extractor hoods. The catalyst is prepared from a mixture of TiO2 with an aqueous solution of CuSO<4>. The resulting material, CuTiO2, is calcined at 400 °C for 5 h. This material is then impregnated into the walls of a reactor. The VOC treatment system is based on flowing an air flow that drags the vapors of a pollutant solution to the reactor with the impregnated photocatalyst. Next, a UV irradiation source is applied to the reactor and the gas output from the system is monitored by gas chromatography.
La presente invención pretende superar los inconvenientes de los fotocatalizadores soportados con TiO2para su uso en la depuración de fluidos en flujo continuo consiguiendo además una alta eficiencia fotocatalítica. El nuevo fotocatalizador combina en su soporte las propiedades de flexiblilidad y porosidad de las fibras de lana de vidrio con la decoración de esferas de SiO2que dotan al soporte de una mayor superficie. Por otra parte, la capa de TiO2que recubre homogéneamente las fibras de lana de vidrio y las esferas de SiO2es fotocatalíticamente activa. Además, mejora la eficiencia fotocatalítica de la mayoría de los materiales descritos ya que posee una capa cristalina de TiO2con espesores optimizados formado por estructuras cristalinas unidas covalentemente entre ellas. Así el material compuesto por la unión covalente de esferas y lana de vidrio formado por SiO2y TiO2que se describe como nuevo fotocatalizador supone un salto técnico cualitativo con respecto al mencionado estado de la técnica. Además, debido a las reacciones de hidrólisis y condensación en el método de síntesis, la unión entre el SiO2y el TiO2es covalente, lo que impide la lixiviación de dióxido de titanio durante el tratamiento de fluidos (como por ejemplo aguas residuales). Así, este material novedoso presenta una mejorada eficiencia fotocatalítica respecto a todos los materiales descritos hasta el momento con TiO2soportado ya que se ha optimizado la superficie de contacto y el grosor de la capa de TiO2en un material transparente a la luz UVA. También tiene una gran capacidad de reutilización para procesos de oxidación de materia orgánica y una alta capacidad de mineralización total (cuando sea necesario se pueden alcanzar valores de mineralización superiores al 99%) de materia orgánica, como son los compuestos orgánicos contaminantes en fluidos (como por ejemplo el azul de metileno y el fenol presente en aguas residuales o el metil tertbutil eter (MTBE) en corrientes gaseosas). The present invention aims to overcome the drawbacks of photocatalysts supported with TiO2 for use in the purification of fluids in continuous flow, also achieving high photocatalytic efficiency. The new photocatalyst combines in its support the flexibility and porosity properties of glass wool fibers with the decoration of SiO2 spheres that give the support a greater surface area. On the other hand, the TiO2 layer that homogeneously covers the glass wool fibers and the SiO2 spheres is photocatalytically active. In addition, it improves the photocatalytic efficiency of most of the materials described since it has a TiO2 crystalline layer with optimized thicknesses formed by crystalline structures covalently linked to each other. Thus, the material composed of the covalent union of spheres and glass wool formed by SiO2 and TiO2, which is described as a new photocatalyst, represents a qualitative technical leap with respect to the aforementioned state of the art. Furthermore, due to the hydrolysis and condensation reactions in the synthesis method, the bond between SiO2 and TiO2 is covalent, which prevents the leaching of titanium dioxide during fluid treatment (such as wastewater). Thus, this novel material has improved photocatalytic efficiency compared to all the materials described so far with supported TiO2 since the contact surface and the thickness of the TiO2 layer have been optimized in a material transparent to UVA light. It also has a great capacity for reuse for oxidation processes of organic matter and a high capacity for total mineralization (when necessary, mineralization values higher than 99%) of organic matter, such as contaminating organic compounds in fluids (such as for example methylene blue and phenol present in wastewater or methyl tert-butyl ether (MTBE) in gas streams).
Descripción de la invención:Description of the invention:
La presente invención describe un nuevo fotocatalizador formado por esferas de SiO2-TiO2soportadas en fibra de vidrio recubierta por TiO2que pretende superar en primer lugar, las desventajas de los tratamientos convencionales, tales como los tratamientos biológicos, físicos y químicos, de fluidos contaminados por una gran variedad de moléculas orgánicas y en segundo lugar, las deficiencias de los fotocatalizadores basados en TiO2soportado como por ejemplo, i) la imposibilidad de su uso en descontaminación de fluidos en flujo continuo; ii) la lixiviación del TiO2; iii) la pérdida de área fotoactiva por la naturaleza micrométrica del TiO2de los soportes utilizados y iv) la baja eficiencia fotocatalítica del TiO2debido al espesor de su capa, así como su procedimiento de obtención y su uso para la oxidación de materia orgánica en diferentes fluidos.. The present invention describes a new photocatalyst formed by SiO2-TiO2 spheres supported on glass fiber covered by TiO2, which aims to overcome, first of all, the disadvantages of conventional treatments, such as biological, physical and chemical treatments, of fluids contaminated by a large variety of organic molecules and secondly, the deficiencies of photocatalysts based on supported TiO2, such as, for example, i) the impossibility of their use in decontamination of fluids in continuous flow; ii) the leaching of TiO2; iii) the loss of photoactive area due to the micrometric nature of the TiO2 of the supports used and iv) the low photocatalytic efficiency of TiO2 due to the thickness of its layer, as well as its obtaining procedure and its use for the oxidation of organic matter in different fluids. .
Así, la presente invención se refiere a un nuevo fotocatalizador para la oxidación parcial o total de cualquier materia orgánica contenida en fluidos, en el que dicho catalizador es un material compuesto por esferas de núcleo@corteza SiO2-TiO2donde dichas esferas comprenden el núcleo (a) de SiO2recubierto por una corteza (b) de TiO2. Dichas esferas se encuentran unidas covalentemente a una capa de TiO2(c) que recubre al soporte de lana de vidrio (d) ((GW, siglas en inglés) y donde la corteza (b) de TiO2de las esferas y la capa de TiO2(c) de la lana de vidrio se encuentran en la fase fotoactiva (ver Figura 1). Thus, the present invention refers to a new photocatalyst for the partial or total oxidation of any organic matter contained in fluids, in which said catalyst is a material composed of SiO2-TiO2 core@shell spheres where said spheres comprise the core (a ) of SiO2 covered by a shell (b) of TiO2. These spheres are covalently linked to a layer of TiO2(c) that covers the glass wool support (d) ((GW) and where the TiO2 shell (b) of the spheres and the TiO2 layer ( c) of the glass wool are in the photoactive phase (see Figure 1).
Según una realización particular, la fase fotoactiva es preferentemente, fase anatasa en al menos un 50% de la fase cristalina del TiO2, más preferentemente superior al 70%. According to a particular embodiment, the photoactive phase is preferably anatase phase in at least 50% of the TiO2 crystalline phase, more preferably greater than 70%.
Las esferas tipo núcleo@corteza SiO2-TiO2de la presente invención presentan un núcleo (a) de SiO2de un diámetro seleccionado entre 100 y 1000 nm (preferentemente entre 300 y 800 nm y más preferentemente entre 400 y 700 nm) y una corteza (b) de TiO2de un grosor seleccionado preferentemente entre 8 y 50 nm y más preferentemente entre 10 y 30 nm. The SiO2-TiO2 core@shell type spheres of the present invention have a SiO2 core (a) of a diameter selected between 100 and 1000 nm (preferably between 300 and 800 nm and more preferably between 400 and 700 nm) and a shell (b) of TiO2 of a thickness preferably selected between 8 and 50 nm and more preferably between 10 and 30 nm.
Según una realización preferida, en las esferas tipo núcleo@corteza de SÍO2-TÍO2, el núcleo (a) de SiO2y la corteza (b) de TiO2están unidos covalentemente. According to a preferred embodiment, in the SÍO2-TÍO2 core@shell type spheres, the SiO2 core (a) and the TiO2 shell (b) are covalently linked.
Además, según otra realización preferida, la capa (c) de TiO2que recubre el soporte de fibra de vidrio (d) está unida covalentemente a ella. Furthermore, according to another preferred embodiment, the layer (c) of TiO2 that covers the glass fiber support (d) is covalently linked to it.
Las ventajas de la unión covalente entre el SiO2y el TiO2radican en que el soporte (SiO2) y la capa fotoactiva (formada por cristales de TiO2) forman una estructura única. La fotocatálisis será solo heterogénea ya que no se producirá lixiviación de los cristales de TiO2al medio homogéneo (fluido). Además, de esta forma se favorece la recuperación y posterior reutilización del fotocatalizador. The advantages of the covalent bond between SiO2 and TiO2 lie in the fact that the support (SiO2) and the photoactive layer (formed by TiO2 crystals) form a unique structure. The photocatalysis will only be heterogeneous since there will be no leaching of the TiO2 crystals into the homogeneous medium (fluid). Furthermore, in this way the recovery and subsequent reuse of the photocatalyst is favored.
Esta capa de TiO2(c) que recubre el soporte de la fibra de vidrio (d) tiene un grosor seleccionado preferentemente entre 8 y 50 nm, y más preferentemente entre 10 y 30 nm. This TiO2 layer (c) that covers the glass fiber support (d) has a thickness preferably selected between 8 and 50 nm, and more preferably between 10 and 30 nm.
Según la presente invención la fibra de vidrio (d) puede ser cualquier fibra de vidrio comercial que presente, preferentemente, un diámetro seleccionado preferentemente entre 1 y 50 micras, y más preferentemente entre 20 y 40 micras. According to the present invention, the glass fiber (d) can be any commercial glass fiber that preferably has a diameter preferably selected between 1 and 50 microns, and more preferably between 20 and 40 microns.
Según la presente invención, en el fotocatalizador descrito, las esferas de tipo núcleo@corteza de SiO2-TiO2se unen covalentemente a la capa (c) de TiO2lo que como ya se ha comentado anteriormente, minimiza la lixiviación de los cristales de TiO2al medio homogéneo (fluido) favoreciendo además la recuperación y posterior reutilización del fotocatalizador. According to the present invention, in the photocatalyst described, the SiO2-TiO2 core@shell type spheres are covalently linked to the TiO2 layer (c), which, as previously mentioned, minimizes the leaching of the TiO2 crystals into the homogeneous medium ( fluid) also favoring the recovery and subsequent reuse of the photocatalyst.
Las ventajas de los grosores de la capa de TiO2de la unión covalente con SiO2tanto en esferas de tipo núcleo@corteza de SiO2-TiO2como en la lana de vidrio radica en que la mayor parte de la capa fotoactiva (formada por cristales de TiO2) aprovecha la luz para generar la separación de cargas y por consiguiente la formación de especies oxidantes. La unión covalente de esferas con lana de vidrio, ambas recubiertas por TiO2tiene la ventaja de aumentar en gran medida la superficie del fotocatalizador sin procesos de lixiviación de las esferas recubiertas de TiO2. The advantages of the thicknesses of the TiO2 layer of the covalent bond with SiO2, both in SiO2-TiO2 core@shell type spheres and in glass wool, are that most of the photoactive layer (formed by TiO2 crystals) takes advantage of the light to generate charge separation and consequently the formation of oxidizing species. The covalent union of spheres with glass wool, both coated with TiO2, has the advantage of greatly increasing the surface of the photocatalyst without leaching processes of the TiO2-coated spheres.
La presente invención también se refiere al procedimiento de obtención del fotocatalizador descrito anteriormente. The present invention also refers to the procedure for obtaining the photocatalyst described above.
La preparación del fotocatalizador se puede dividir en diferentes etapas sintéticas consecutivas y comprende, al menos: The preparation of the photocatalyst can be divided into different consecutive synthetic steps and comprises, at least:
- una primera etapa (etapa 1) de preparación de esferas tipo núcleo@corteza de SiO2-TiO2, - a first stage (stage 1) of preparation of SiO2-TiO2 core@shell type spheres,
- una segunda etapa (etapa 2) de preparación del soporte de lana de vidrio-TiO2, - una tercera etapa (etapa 3) en la que se hacen reaccionar los productos obtenidos en la etapa 1 y en la etapa 2 para obtener el fotocatalizador. - a second stage (stage 2) of preparation of the glass wool-TiO2 support, - a third stage (stage 3) in which the products obtained in stage 1 and stage 2 are reacted to obtain the photocatalyst.
Es en la tercera etapa donde lleva a cabo la unión covalente del soporte lana de vidrio-TiO2con las esferas núcleo@corteza SiO2-TiO2obteniendo así el fotocatalizador final objeto de la presente invención. It is in the third stage where the covalent union of the glass wool-TiO2 support with the SiO2-TiO2 core@shell spheres is carried out, thus obtaining the final photocatalyst that is the object of the present invention.
Así, la preparación de esferas tipo núcleo@corteza de SiO2-TiO2que se lleva a cabo en la etapa 1, comprende, al menos, los siguientes pasos: Thus, the preparation of SiO2-TiO2 core@shell type spheres, which is carried out in stage 1, includes at least the following steps:
a. añadir un precursor de SiO2, preferentemente ortosilicato de tetraetilo (TEOS), a una disolución hidroalcohólica fría de NH<4>OH y agitar, to. add a SiO2 precursor, preferably tetraethyl orthosilicate (TEOS), to a cold hydroalcoholic solution of NH<4>OH and stir,
b. a continuación, agitar a temperatura ambiente durante al menos 1 hora, aislar, lavar y secar, b. then stir at room temperature for at least 1 hour, isolate, wash and dry,
c. adicionar lentamente el precursor de TiO2a una suspensión alcohólica del producto aislado en “b” a una temperatura por debajo del punto de ebullición y agitar, c. slowly add the TiO2 precursor to an alcoholic suspension of the isolated product in “b” at a temperature below the boiling point and stir,
d. hacer pasar una corriente de agua diluida por la mezcla obtenida. d. pass a stream of diluted water through the mixture obtained.
Según la presente invención el término “corriente de agua diluida” se refiere a corrientes que no sean 100% agua. El grado de dilución dependerá de la cantidad de producto y de las condiciones de operación. According to the present invention the term "diluted water stream" refers to streams that are not 100% water. The degree of dilution will depend on the amount of product and operating conditions.
Según una realización particular, el producto obtenido en la etapa 1 se puede, además, someter a un proceso de aislamiento de las esferas núcleo@corteza obtenidas, lavado de las mismas y posterior calcinación. According to a particular embodiment, the product obtained in stage 1 can also be subjected to a process of isolating the core@shell spheres obtained, washing them and subsequent calcination.
Según la presente invención el proceso de calcinación se refiere en todos los casos y las diferentes etapas, a calentar el material entre 400 y 600 °C durante al menos 3 horas. According to the present invention, the calcination process refers in all cases and the different stages to heating the material between 400 and 600 °C for at least 3 hours.
Según otra realización particular de la presente invención, la formación de las microesferas tiponúcleo@cortezase lleva a cabo mediante el método de Stober [Stober, W., Fink, A., J. Coll. Interf. Sci. 26 62 (1968)] y variando proporciones de precursor de SiO2, NH<4>OH y la temperatura se obtienen los diferentes tamaños esferas micrométricas de SiO2. Posteriormente, estas esferas de SiO2se utilizan como un núcleo esférico sobre el que se hace crecer una corteza de TiO2que se encuentra unida de manera covalente al núcleo de SiO2. According to another particular embodiment of the present invention, the formation of the core@shell type microspheres is carried out by the Stober method [Stober, W., Fink, A., J. Coll. Interf. Sci. 26 62 (1968)] and varying proportions of SiO2 precursor, NH<4>OH and temperature, the different sizes of micrometric SiO2 spheres are obtained. Subsequently, these SiO2 spheres are used as a spherical core on which a TiO2 shell is grown that is covalently bonded to the SiO2 core.
Según una realización particular, en la etapa 1 de formación de esferas núcleo@corteza SiO2-TiO2, una disolución de precursor de TiO2(por ejemplo tetraisopropóxido de Ti (IV), TTIP, siglas en inglés) se dispersa en un alcohol (preferentemente etanol o mezclas etanol/2-propanol) y se añade a una suspensión alcohólica de esferas submicrométricas de SiO2y posteriormente se calienta la mezcla por debajo del punto de ebullición, preferentemente entre 40 y 80 °C. La mezcla se mantiene a esa temperatura en agitación bajo una corriente de agua diluida durante al menos 1 hora, preferentemente entre 10 y 40 h, y más preferentemente entre 15 y 20 h. Después, las esferas obtenidas se centrifugan a 3000 rpm de 15 min a 50 min, se lavan con H2O y se calcinan a una temperatura necesaria para obtenerlas en fase fotoactiva, preferentemente entre 400 y 600 °C durante al menos 3 horas. Según esta realización particular, la concentración de precursor de TiO2(preferentemente TTIP) que se usa puede variar entre 0,5 y 2 g TTIP/g esferas de SiO2dependiendo del tamaño de las esferas de SiO2y del espesor de la corteza de TiO2que se quiera obtener en las esferas SiO2-TiO2. According to a particular embodiment, in stage 1 of core@shell SiO2-TiO2 sphere formation, a solution of TiO2 precursor (for example Ti(IV) tetraisopropoxide, TTIP) is dispersed in an alcohol (preferably ethanol or ethanol/2-propanol mixtures) and is added to an alcoholic suspension of submicron SiO2 spheres and the mixture is subsequently heated below the boiling point, preferably between 40 and 80 °C. The mixture is maintained at that temperature under stirring under a stream of dilute water for at least 1 hour, preferably between 10 and 40 h, and more preferably between 15 and 20 h. Afterwards, the spheres obtained are centrifuged at 3000 rpm for 15 min to 50 min, washed with H2O and calcined at a temperature necessary to obtain them in the photoactive phase, preferably between 400 and 600 °C for at least 3 hours. According to this particular embodiment, the concentration of TiO2 precursor (preferably TTIP) used can vary between 0.5 and 2 g TTIP/g SiO2 spheres, depending on the size of the SiO2 spheres and the thickness of the TiO2 shell that is to be obtained. in the SiO2-TiO2 spheres.
Según la presente invención, la etapa 2 del procedimiento de obtención de fotocatalizador comprende, al menos, los siguientes pasos: According to the present invention, stage 2 of the process for obtaining the photocatalyst comprises, at least, the following steps:
a. someter el soporte de lana de vidrio (d) a un pretratamiento ácido seguido de lavados y posterior tratamiento básico y secado, to. subjecting the glass wool support (d) to an acid pretreatment followed by washing and subsequent basic treatment and drying,
b. a una mezcla alcohólica del producto obtenido en a) se le adiciona el precursor de TiO2y se calienta por debajo del punto de ebullición agitando la mezcla, c. a la mezcla obtenida en b) se le hace pasar una corriente de agua diluida. b. To an alcoholic mixture of the product obtained in a) the TiO2 precursor is added and heated below the boiling point while stirring the mixture, c. The mixture obtained in b) is passed through a stream of diluted water.
Esta etapa 2 se puede llevar paralelamente a la etapa 1. This stage 2 can be carried out in parallel with stage 1.
Según una realización particular, el producto obtenido en la etapa 2 se puede, además, someter a un proceso de aislamiento del producto obtenido, lavado y posterior calcinación. According to a particular embodiment, the product obtained in stage 2 can also be subjected to a process of isolating the product obtained, washing and subsequent calcination.
Según una realización particular de la presente invención, en la etapa 2 para la preparación del soporte de lana de vidrio-TiO2, la lana de vidrio debe someterse a un pretratamiento ácido seguido de diversos lavados hasta obtener unas aguas de lavado con pH cercano a la neutralidad. Seguidamente, la lana de vidrio se somete a un tratamiento básico, preferentemente con NH<4>OH, seguido de diversos lavados con alcohol. La lana de vidrio ya pretratada se suspende en un alcohol (preferentemente etanol o mezclas etanol/2-propanol) previamente calentada por debajo del punto de ebullición, preferentemente entre 40 y 80 °C y se le añade una disolución de precursor de TiO2(por ejemplo, TTIP) en el mismo alcohol en una proporción preferentemente entre 3 y 200 mg de TTIP/ g lana de vidrio. La mezcla resultante se mantiene a esa temperatura en agitación durante al menos 1 hora para posteriormente añadir una corriente de agua diluida que se mantiene, al menos, una hora, preferentemente entre 10 y 40 y más preferentemente entre 15 y 20 horas. Después, a esta mezcla se le añade una suspensión de etanol o mezclas etanol/2-propanol con esferas de SiO2-TiO2previamente sintetizadas (entre 3 y 350 mg de esferas de SiO2-TiO2/ g lana de vidrio inicial) y la mezcla resultante se mantiene entre 40 y 80 °C bajo agitación y con una corriente de agua diluida durante al menos, una hora, preferentemente entre 10 y 40 y más preferentemente entre 15 y 20 horas. Posteriormente, se filtra el material micrométrico, se lava con H2O y se seca. Finalmente se calcina a temperaturas entre 400 y 600 °C durante al menos 3 horas. According to a particular embodiment of the present invention, in stage 2 for the preparation of the glass wool-TiO2 support, the glass wool must be subjected to an acid pretreatment followed by various washes until washing waters with a pH close to the neutrality. The glass wool is then subjected to a basic treatment, preferably with NH<4>OH, followed by various alcohol washes. The already pretreated glass wool is suspended in an alcohol (preferably ethanol or ethanol/2-propanol mixtures) previously heated below the boiling point, preferably between 40 and 80 °C, and a solution of TiO2 precursor is added (e.g. example, TTIP) in the same alcohol in a proportion preferably between 3 and 200 mg of TTIP/g glass wool. The resulting mixture is kept at that temperature under stirring for at least 1 hour to later add a stream of diluted water that is maintained for at least one hour, preferably between 10 and 40 and more preferably between 15 and 20 hours. Afterwards, a suspension of ethanol or ethanol/2-propanol mixtures with previously synthesized SiO2-TiO2 spheres is added to this mixture (between 3 and 350 mg of SiO2-TiO2 spheres/g initial glass wool) and the resulting mixture is maintained between 40 and 80 °C under stirring and with a stream of diluted water for at least one hour, preferably between 10 and 40 and more preferably between 15 and 20 hours. Subsequently, the micrometric material is filtered, washed with H2O and dried. Finally, it is calcined at temperatures between 400 and 600 °C for at least 3 hours.
Según el procedimiento de preparación del fotocatalizador de la presente invención, una vez concluidas la etapa 1 y la etapa 2 descritas anteriormente, se lleva a cabo la etapa 3 que comprende, al menos, los siguientes pasos: According to the method for preparing the photocatalyst of the present invention, once stage 1 and stage 2 described above have been completed, stage 3 is carried out, which includes at least the following steps:
a. hacer reaccionar las esferas tipo núcleo@corteza de SiO2-TiO2obtenidas en la etapa 1 con el producto obtenido en la etapa 2 , calentar por debajo del punto de ebullición y agitar, to. react the SiO2-TiO2 core@shell type spheres obtained in stage 1 with the product obtained in stage 2, heat below the boiling point and stir,
b. a la mezcla obtenida en a) se le hace pasar una corriente de agua diluida, c. aislar y calcinar el producto obtenido. b. The mixture obtained in a) is passed through a stream of diluted water, c. isolate and calcine the product obtained.
Según una realización particular de la presente invención, el fotocatalizador compuesto por el material de lana de vidrio cubierto con TiO2y unido a esferas de SiO2-TiO2obtenido en la etapa 3, se puede someter a procesos de decoración adicionales repitiendo los procesos de revestimiento con esferas de SiO2-TiO2para incrementar aún más la superficie fotoactiva del fotocatalizador. En este caso, se prepara una suspensión del material obtenido con lana de vidrio cubierto con TiO2unido a esferas de SiO2-TiO2en etanol o etanol/2-propanol previamente calentada entre 40 y 80 °C y se añade una disolución de TTIP en 2-propanol (se usan valores entre 3 y 200 mg de TTIP/g material micrométrico de SiO2-TiO2según el grosor de la cobertura que se desee). La mezcla resultante se mantiene caliente en agitación al menos 1 hora y posteriormente se somete a una corriente de agua diluida durante al menos, una hora, preferentemente entre 10 y 40 y más preferentemente entre 15 y 20 horas. Después, a esta mezcla de reacción se le añade una suspensión de etanol o etanol/2-propanol previamente calentada entre 40 y 80 °C con esferas de SiO2-TiO2previamente sintetizadas (3 y 350 mg de esferas de SiO2-TiO2/g lana de vidrio inicial). A la mezcla resultante, manteniendo la temperatura y bajo agitación se le añade una corriente de agua diluida durante al menos, una hora, preferentemente entre 10 y 40 y más preferentemente entre 15 y 20 horas. Posteriormente, se filtra el material micrométrico, se lava con H2O y se seca para después calcinarse. According to a particular embodiment of the present invention, the photocatalyst composed of the glass wool material covered with TiO2 and attached to SiO2-TiO2 spheres obtained in stage 3, can be subjected to additional decoration processes by repeating the coating processes with spheres of SiO2-TiO2to further increase the photoactive surface of the photocatalyst. In this case, a suspension of the material obtained with glass wool covered with TiO2 attached to SiO2-TiO2 spheres in ethanol or ethanol/2-propanol previously heated between 40 and 80 °C is prepared and a solution of TTIP in 2-propanol is added. (values between 3 and 200 mg of TTIP/g micrometric SiO2-TiO2 material are used depending on the thickness of the coverage desired). The resulting mixture is kept hot with stirring for at least 1 hour and is subsequently subjected to a stream of diluted water for at least one hour, preferably between 10 and 40 and more preferably between 15 and 20 hours. Then, to this reaction mixture is added a suspension of ethanol or ethanol/2-propanol previously heated between 40 and 80 °C with previously synthesized SiO2-TiO2 spheres (3 and 350 mg of SiO2-TiO2 spheres/g wool. initial glass). To the resulting mixture, maintaining the temperature and under stirring, a stream of diluted water is added for at least one hour, preferably between 10 and 40 and more preferably between 15 and 20 hours. Subsequently, the micrometric material is filtered, washed with H2O and dried and then calcined.
En la literatura han sido publicados diferentes procedimientos para la preparación de fotocatalizadores basados en TiO2soportado [Loffler, F. B., Bcharsky, E. C., Schell, K. G., Vera, M. L., Traid, H., Dwojak A., Litter, M. I., Int. J. Appl. Ceram. Technol. 171930 (2020); Sudheera, Y., Carl P, T., Aria, A., J. Hazard. Mater. 346 208 (2017); Ma, Z., Chen, W., Hu, Z., Pan, X., Peng, M., Dong G., Zhou, S., Zhang, Q., Yang, Z., Qiu, J., ACS Appl. Mater. Interfaces 5 15 7527 (2013)]. Sin embargo, la presente invención describe un nuevo fotocatalizador que integra dos materiales compuestos unidos covalentemente entre sí. Así, la unión covalente del TiO2a la lana de vidrio y a las esferas de SiO2previene la lixiviación del TiO2, y la unión covalente de las esferas submicrométricas de SiO2-TiO2con el soporte de lana de vidrio-TiO2impide la liberación de las esferas al medio, así como aumenta el área fotoactiva del material final. Different procedures have been published in the literature for the preparation of photocatalysts based on supported TiO2 [Loffler, F. B., Bcharsky, E. C., Schell, K. G., Vera, M. L., Traid, H., Dwojak A., Litter, M. I., Int. J. Appl. Ceram. Technol. 171930 (2020); Sudheera, Y., Carl P, T., Aria, A., J. Hazard. Mater. 346 208 (2017); Ma, Z., Chen, W., Hu, Z., Pan, X., Peng, M., Dong G., Zhou, S., Zhang, Q., Yang, Z., Qiu, J., ACS Appl. Mater. Interfaces 5 15 7527 (2013)]. However, the present invention describes a new photocatalyst that integrates two composite materials covalently linked to each other. Thus, the covalent bonding of TiO2 to the glass wool and to the SiO2 spheres prevents the leaching of TiO2, and the covalent bonding of the submicron SiO2-TiO2 spheres to the glass wool-TiO2 support prevents the release of the spheres into the medium, thus as the photoactive area of the final material increases.
Además, la presente invención se refiere al uso del catalizador de la presente invención y obtenido según el procedimiento de obtención descrito anteriormente en fotorreactores de flujo continuo o tipo lote (“batch”), en procesos para la oxidación parcial o total de cualquier tipo de materia orgánica presente en fluidos. Furthermore, the present invention refers to the use of the catalyst of the present invention and obtained according to the production procedure described above in continuous flow or batch type photoreactors, in processes for the partial or total oxidation of any type of organic matter present in fluids.
Según una realización particular, el fotocatalizador de la presente invención es adecuado para el tratamiento de aguas contaminadas por compuestos orgánicos. El fotocatalizador micrométrico de SiO2-TiO2en presencia de H2O, oxígeno y luz UV, oxida la materia orgánica presente en el agua hasta poder llegar a la oxidación total (mineralización completa) gracias a su gran capacidad para formar radicales hidroxilo ('OH), especie característica de los procesos de oxidación avanzada. According to a particular embodiment, the photocatalyst of the present invention is suitable for the treatment of water contaminated by organic compounds. The micrometric SiO2-TiO2 photocatalyst, in the presence of H2O, oxygen and UV light, oxidizes the organic matter present in the water until reaching total oxidation (complete mineralization) thanks to its great capacity to form hydroxyl radicals ('OH), species characteristic of advanced oxidation processes.
Según otra realización particular el fotocatalizador de la presente invención es adecuado para el tratamiento de compuestos orgánicos volátiles (COVs) tales como el tolueno o xilenos, emitidos cuando se usan disolventes en ambientes industriales. According to another particular embodiment, the photocatalyst of the present invention is suitable for the treatment of volatile organic compounds (VOCs) such as toluene or xylenes, emitted when solvents are used in industrial environments.
Según otra realización particular, las pruebas del fotocatalizador en un fotorreactor cilíndrico de flujo continuo permitieron demostrar su gran capacidad fotooxidante ya que conseguían la mineralización total del fenol disuelto en agua (concentración inicial: 10-5 M), contaminante orgánico modelo, en tan solo 3,5 minutos, tiempo de residencia de la fase líquida en el fotorreactor cilíndrico de flujo continuo. According to another particular embodiment, the tests of the photocatalyst in a continuous flow cylindrical photoreactor made it possible to demonstrate its great photooxidant capacity since they achieved the total mineralization of the phenol dissolved in water (initial concentration: 10-5 M), a model organic contaminant, in just 3.5 minutes, residence time of the liquid phase in the continuous flow cylindrical photoreactor.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Throughout the description and claims the word "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages and features of the invention will emerge partly from the description and partly from the practice of the invention.
Breve descripción de las figuras:Brief description of the figures:
Figura 1. Representación esquemática (no a escala) del nuevo fotocatalizador en la que se especifican cada una de las partes: a) núcleo de SiO2; (b) corteza de TiO2del núcleo que en conjunto forman las esferas núcleo@corteza de SiO2-TiO2; c) capa de TiO2que recubre al soporte micrométrico de lana de vidrio y (d) soporte micrométrico de lana de vidrio. Figure 1. Schematic representation (not to scale) of the new photocatalyst in which each of the parts are specified: a) SiO2 core; (b) TiO2 shell of the core that together form the SiO2-TiO2 core@shell spheres; c) TiO2 layer that covers the micrometric glass wool support and (d) micrometric glass wool support.
Figura 2. Imágenes de TEM de esferas submicrométricas de SiO2(A) y esferas submicrométricas núcleo@corteza de SiO2-TiO2(B). Columna derecha: Distribuciones de tamaño correspondientes. Figure 2. TEM images of submicron SiO2(A) spheres and submicron core@shell SiO2-TiO2(B) spheres. Right column: Corresponding size distributions.
Figura 3. Imágenes de FESEM de esferas submicrométricas de SÍO2(A) y esferas submicrométricas núcleo@corteza de SiO2-TiO2(B). Figure 3. FESEM images of submicron SÍO2(A) spheres and submicron core@shell spheres of SiO2-TiO2(B).
Figura 4. Difractograma de rayos-X (A) y espectro Raman (B) de las esferas submicrométricas núcleo@corteza de SiO2-TiO2. Figure 4. X-ray diffractogram (A) and Raman spectrum (B) of the SiO2-TiO2 submicron core@shell spheres.
Figura 5. Imágenes de microscopía de haz de iones focalizados (FIB Ga+) de la lana de vidrio (GW) (A), de la superficie de la GW recubierta con TiO2(GW-TiO2) (B), de una trinchera hecha en la superficie del material GW-TiO2(C) y del fotocatalizador micrométrico de SiO2-TiO2(D). Figure 5. Focused ion beam microscopy (FIB Ga+) images of glass wool (GW) (A), of the surface of GW coated with TiO2(GW-TiO2) (B), of a trench made in the surface of the GW-TiO2(C) material and the micrometric SiO2-TiO2(D) photocatalyst.
Figura 6. Espectro de reflectancia difusa de las esferas núcleo@corteza de SiO2-TiO2(traza continua) y del fotocatalizador (traza discontinua), donde F(R) es la función de Kubelka-Munk. Figure 6. Diffuse reflectance spectrum of the SiO2-TiO2 core@shell spheres (solid trace) and the photocatalyst (dashed trace), where F(R) is the Kubelka-Munk function.
Figura 7. Espectros de absorción del MB a diferentes tiempos de irradiación usando un fotorreactor Luzchem con lámparas de UVA (Amax ca. 352 nm) partiendo de una disolución de MB (Co = 1,5 x 10<-5>M) y la presencia del fotocatalizador (17,5 mg mL-1). Figure 7. Absorption spectra of MB at different irradiation times using a Luzchem photoreactor with UVA lamps (Amax ca. 352 nm) starting from a solution of MB (Co = 1.5 x 10<-5>M) and the presence of the photocatalyst (17.5 mg mL-1).
Figura 8. Seguimiento por TOC de la eliminación total de la carga orgánica generada por fenol en agua (10<-5>M) frente al tiempo de reacción usando el fotocatalizador del ejemplo 1 en un fotorreactor en flujo continuo. Figure 8. TOC monitoring of the total elimination of the organic load generated by phenol in water (10<-5>M) versus reaction time using the photocatalyst of example 1 in a continuous flow photoreactor.
DESCRIPCIÓN DE MODOS DE REALIZACIÓNDESCRIPTION OF IMPLEMENTATION MODES
A continuación, se describen algunos ejemplos de realización de la invención correspondientes a la preparación de un fotocatalizador de SiO2-TiO2con su caracterización y su utilización en el tratamiento de fluidos conteniendo compuestos modelo de contaminantes orgánicos. Below, some embodiments of the invention are described corresponding to the preparation of a SiO2-TiO2 photocatalyst with its characterization and its use in the treatment of fluids containing model compounds of organic contaminants.
Ejemplo 1:Preparación de un fotocatalizador compuesto micrométrico de SÍO2-TÍO2Example 1: Preparation of a micrometric SÍO2-TÍO2 composite photocatalyst
Se añaden 60 mL de tetraetilortosilicato (TEOS) a una disolución de 250 mL de NH<4>OH 28 % en 1500 mL de etanol a 0°C y se agita durante 2 horas. Después, se atempera el medio de reacción y la mezcla se agita a temperatura ambiente durante 24 horas adicionales. Seguidamente, la mezcla de reacción se centrifuga, se lava con etanol y se seca a vacío. Se suspenden 10 g del material aislado (esferas de SiO2) en 900 mL de etanol hasta dispersión completa mediante sonicación, y se calienta a 75°C. Una vez alcanzada esta temperatura, se añaden 10 mL de una disolución de TTIP estabilizado en 80 mL de 2-propanol (gota a gota) al medio de reacción. Más tarde, se circula un flujo de aire húmedo (1,5 L min-1) durante 20 horas bajo agitación vigorosa. A continuación, la suspensión final se centrifuga a 4000 rpm durante 20 minutos, se lava con etanol y agua, y se seca a vacío. Finalmente, el material resultante se calcina durante 2 horas a 500°C para obtener las microesferas núcleo@corteza de SiO2-TiO2con área BET de 27,3 m2g-1, carga del 19,72 % (w/w) de TiO2y fase cristalina fotoactiva anatasa. 60 mL of tetraethylorthosilicate (TEOS) are added to a solution of 250 mL of 28% NH<4>OH in 1500 mL of ethanol at 0°C and stirred for 2 hours. The reaction medium is then tempered and the mixture is stirred at room temperature for an additional 24 hours. The reaction mixture is then centrifuged, washed with ethanol and dried under vacuum. 10 g of the isolated material (SiO2 spheres) are suspended in 900 mL of ethanol until complete dispersion by sonication, and heated to 75°C. Once this temperature is reached, 10 mL of a solution of TTIP stabilized in 80 mL of 2-propanol are added (drop by drop) to the reaction medium. Later, a flow of humid air (1.5 L min-1) is circulated for 20 hours under vigorous agitation. The final suspension is then centrifuged at 4000 rpm for 20 minutes, washed with ethanol and water, and dried under vacuum. Finally, the resulting material is calcined for 2 hours at 500°C to obtain the core@shell SiO2-TiO2 microspheres with a BET area of 27.3 m2g-1, loading of 19.72% (w/w) of TiO2 and crystalline phase. photoactive anatase.
Paralelamente, se lavan 30 g de lana de vidrio con 1000 mL de HCl 6 M durante 12 horas. Después, se lava consecutivamente con agua hasta que las aguas de lavado presenten pH 6. A continuación se trata con 500 mL de NH<4>OH 1 M, seguido de etanol (750 mL), y se seca a 100°C durante 24 horas. 25 g de la lana de vidrio, con área BET de 0,02 m2g-1, se suspenden en 1000 mL de etanol y se calientan a 75 °C. Seguidamente, se añaden 0,6 mL de TTIP estabilizado en 16 mL de 2-propanol al medio de reacción y se agita durante 2 horas. Más tarde, se circula un flujo de aire húmedo (1,5 L min-1) durante 20 horas para obtener el material lana de vidrio-TiO2. A continuación, una suspensión de 1,2 g de esferas núcleo@corteza de SiO2-TiO2en 500 mL de etanol se sonica durante 1 hora y se añade a la mezcla de reacción de la lana de vidrio-TiO2. Seguidamente, se circula un flujo de aire húmedo (1,5 L min-1) durante 20 horas adicionales. Finalmente, se filtra el material final, se lava con H2O y etanol, se seca a 100°C durante 8 horas y se calcina a 500°C durante 2 horas. El material aislado se somete a un segundo recubrimiento de TiO2y decoración de esferas núcleo@corteza de SiO2-TiO2con el mismo procedimiento para obtener finalmente el fotocatalizador compuesto micrométrico de SiO2-TiO2con un área BET 0,9 m2g-1. In parallel, 30 g of glass wool are washed with 1000 mL of 6 M HCl for 12 hours. Afterwards, it is washed consecutively with water until the washing waters present pH 6. It is then treated with 500 mL of 1 M NH<4>OH, followed by ethanol (750 mL), and dried at 100°C for 24 hours. 25 g of the glass wool, with a BET area of 0.02 m2g-1, are suspended in 1000 mL of ethanol and heated to 75 °C. Next, 0.6 mL of TTIP stabilized in 16 mL of 2-propanol is added to the reaction medium and stirred for 2 hours. Later, a flow of humid air (1.5 L min-1) is circulated for 20 hours to obtain the glass wool-TiO2 material. Next, a suspension of 1.2 g of SiO2-TiO2 core@shell spheres in 500 mL of ethanol is sonicated for 1 hour and added to the glass wool-TiO2 reaction mixture. Next, a flow of humid air (1.5 L min-1) is circulated for an additional 20 hours. Finally, the final material is filtered, washed with H2O and ethanol, dried at 100°C for 8 hours and calcined at 500°C for 2 hours. The isolated material is subjected to a second TiO2 coating and decoration of SiO2-TiO2 core@shell spheres with the same procedure to finally obtain the micrometric SiO2-TiO2 composite photocatalyst with a BET area of 0.9 m2g-1.
Ejemplo 2:Fotodegradación en batch del azul de metileno utilizando el fotocatalizador del ejemplo 1.Example 2: Batch photodegradation of methylene blue using the photocatalyst of example 1.
La actividad fotocatalítica de la invención (fotocatalizador compuesto micrométrico de SiO2-TiO2) fue evaluada en la fotodegradación de un compuesto orgánico contaminante modelo presente en aguas residuales de industrias, azul de metileno (MB, siglas en inglés). MB presenta una banda amplia de absorción (550-700 nm) en el espectro visible, por lo que su degradación fue monitorizada por espectroscopia UV-vis siguiendo la desaparición de esta banda de absorción. De esta forma, una disolución de 4 mL de MB en agua Milli-Q (concentración inicial: 1,5x10<-5>M) fue introducida en un tubo de vidrio tipo borosilicato de 1,5 cm de diámetro interno. Seguidamente, se introdujeron en el recipiente 70 mg del fotocatalizador compuesto micrométrico de SiO2-TiO2y se mantuvo la mezcla de reacción en oscuridad durante 10 minutos. Después, se irradió el medio de reacción con lámparas halógenas de 8 W que emitían luz centrada a 350 nm, durante 2 horas. La Figura 7 muestra la desaparición de la banda de absorción del MB con el tiempo durante la irradiación en presencia del fotocatalizador compuesto micrométrico de SiO2-TiO2del ejemplo 1. The photocatalytic activity of the invention (micrometric SiO2-TiO2 composite photocatalyst) was evaluated in the photodegradation of a model polluting organic compound present in industrial wastewater, methylene blue (MB). MB presents a broad absorption band (550-700 nm) in the visible spectrum, so its degradation was monitored by UV-vis spectroscopy following the disappearance of this absorption band. In this way, a solution of 4 mL of MB in Milli-Q water (initial concentration: 1.5x10<-5>M) was introduced into a borosilicate glass tube with an internal diameter of 1.5 cm. Next, 70 mg of the micrometric SiO2-TiO2 composite photocatalyst were introduced into the container and the reaction mixture was kept in the dark for 10 minutes. The reaction medium was then irradiated with 8 W halogen lamps emitting light centered at 350 nm for 2 hours. Figure 7 shows the disappearance of the MB absorption band over time during irradiation in the presence of the micrometric SiO2-TiO2 composite photocatalyst of example 1.
Ejemplo 3:Eliminación total de la carga orgánica generada por fenol en agua usando el fotocatalizador SiO2-TiÜ2 del ejemplo 1 en un fotorreactor de flujo continuo.Example 3: Total elimination of the organic load generated by phenol in water using the SiO2-TiÜ2 photocatalyst of example 1 in a continuous flow photoreactor.
La capacidad de mineralización de la invención fue evaluada mediante fotodegradación de fenol, un compuesto orgánico carcinógeno presente en aguas residuales. The mineralization capacity of the invention was evaluated by photodegradation of phenol, a carcinogenic organic compound present in wastewater.
Primero, se introdujeron 7,52 g del fotocatalizador compuesto micrométrico de SiO2-TiO2en un fotorreactor tubular de vidrio de 35 cm3. A continuación se hizo circular en continuo agua Milli-Q con un caudal de 10 mL min-1 a través del fotorreactor durante 45 minutos en oscuridad, hasta alcanzar el estado estacionario. Seguidamente, se hizo circular por el sistema de tratamiento de aguas, una solución de fenol 10-5 M (720 ppb C) preparada en agua Milli-Q con un caudal de 10 mL min-1, durante 45 minutos en oscuridad. A continuación, manteniendo el flujo de disolución de fenol 10-5 M con un caudal de 10 mL min-1, se encendieron los LEDs, las luces con una banda de emisión centrada en 365 nm del fotorreactor, durante 1 hora. La fotorreacción entre el fotocatalizador micrométrico de SiO2-TiO2y el fenol se monitorizó en continuo midiendo el carbono orgánico total mediante el sistema de carbono orgánico total (TOC) acoplado al fotorreactor en continuo. El flujo de agua que salía del fotorreactor se diluía con una relación 1:3 antes de llegar al detector de carbono orgánico total (TOC). Así, en la Figura 8 se muestra la evolución de la reacción. En ella se puede observar que hay un tiempo de retardo de respuesta del TOC de unos 30 min el cual se observa tanto al adicionar el fenol al flujo de agua como al encender las luces LED. Así, teniendo en cuenta esto, se puede observar claramente que hay una mineralización completa del fenol del agua a flujo continuo, es decir que toda la materia orgánica que tiene el contaminante en el agua se elimina completamente al pasar por la zona iluminada del fotorreactor. Cabe destacar que, en estas condiciones de reacción, el tiempo de residencia de la disolución de fenol 10-5 M en la zona iluminada del fotorreactor era de solo 3,5 minutos. First, 7.52 g of the micrometric SiO2-TiO2 composite photocatalyst was introduced into a 35 cm3 glass tubular photoreactor. Milli-Q water was then continuously circulated with a flow rate of 10 mL min-1 through the photoreactor for 45 minutes in the dark, until reaching steady state. Next, a 10-5 M phenol solution (720 ppb C) prepared in Milli-Q water was circulated through the water treatment system with a flow rate of 10 mL min-1, for 45 minutes in darkness. Next, maintaining the flow of 10-5 M phenol solution with a flow rate of 10 mL min-1, the LEDs, the lights with an emission band centered at 365 nm of the photoreactor, were turned on for 1 hour. The photoreaction between the micrometric SiO2-TiO2 photocatalyst and the phenol was continuously monitored by measuring the total organic carbon using the total organic carbon (TOC) system coupled to the continuous photoreactor. The water flow leaving the photoreactor was diluted with a 1:3 ratio before reaching the total organic carbon (TOC) detector. Thus, Figure 8 shows the evolution of the reaction. It can be seen that there is a TOC response delay time of about 30 min which is observed both when adding phenol to the water flow and when turning on the LED lights. Thus, taking this into account, it can be clearly observed that there is a complete mineralization of the phenol in the water at continuous flow, that is, all the organic matter that the contaminant has in the water is completely eliminated when passing through the illuminated area of the photoreactor. It should be noted that, under these reaction conditions, the residence time of the 10-5 M phenol solution in the illuminated zone of the photoreactor was only 3.5 minutes.
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