ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
ESIQIE INGENIERIA QUÍMICA INDUSTRIAL
EQUIPO:
FUENTES RODRIGUEZ DANIEL JAIMES DURAN LESLY YENIFER LÓPEZ MARTÍNEZ GIOVANNI RUIZ CRUZ JOSE ANGEL
GRUPO: 31M58
“FOTODEGRADACION DE ANARANJADO DE METILO CON OXIDO DE TITANIO”.
OBJETIVOS:
Adquirir las habilidades adecuadas para la obtención de datos cinéticos en un proceso fotocatalitco. Evaluar cómo afecta a la velocidad de reacción el uso de una catalizador fotosensible (TiO2) en comparación con la fotólisis del sistema. Cuantificar la cantidad de anaranjado de metilo agregado mediante espectroscopia UV-VIS. Establecer la factibilidad de determinar los parámetros cinéticos aplicando los métodos matemáticos previamente analizados y adaptados a un sistema catalítico heterogéneo (método cinético de Langmuir-Hinshelwood).
FUNDA MENTA CION TEÓRICA.
la fotocatálisis es la aceleración de una fotorreacción en presencia de un catalizador. Es catalizada por fotolisis, la luz es absorbida por una adsorción del substrato. En la catálisis foto generada, la actividad fotocatalítica (PCA) depende de la capacidad del catalizador para crear hoyos pares de electrones, que generan radicales libres (radicales hidroxilo: • OH), capaz de someterse a reacciones secundarias. Su comprensión ha sido posible desde el descubrimiento de la electrólisis del agua de mediante el dióxido de titanio. A la aplicación comercial del proceso se llama proceso de oxidación avanzada (AOP). Hay varios métodos para lograr AOP, que pueden, pero no implican necesariamente TiO 2 o incluso el uso de la luz UV. En general, el factor determinante es la producción y el uso del hidroxilo radical. Cuando TiO2 se ilumina con la luz de suficiente energía, pares electrón-hueco son tan convulsionados que los electrones adicionales van a través de la brecha de banda a banda de conducción, mientras que los agujeros están en la banda de valencia. Los electrones excitados a continuación, pueden ser usados para las reacciones redox en la superficie de TiO2, como la producción de metano y etileno con Cu-Fe-SiO2 cargado foto catalizador TiO2.
Existen múltiples fases de TiO2. Por ejemplo, la fase rutilo puede ser excitado por la luz visible, pero tiene una tasa de recombinación de carga rápida; Anatasa, por el contrario, tiene una tasa de recombinación lenta, pero sólo puede ser excitada por la luz ultravioleta. Por lo tanto, es razonable producir foto catalizadores en fase mixta para aumentar la eficiencia total.
Aplicaciones
La conversión de agua a gas de hidrógeno por disociación del agua foto catalítico. Un foto catalizador eficiente en la UV gama se basa en un sodio tantalio óxido de Na Ta O con cocatalyst óxido de níquel. La superficie del sodio óxido de tántalo de cristales esta surcado por los llamados mini pasos que son el resultado de dopaje con lantano (3-15 nm de rango, consulte la nanotecnología). Las partículas de NiO que facilitan la evolución del gas de hidrógeno están presentes en los bordes, el gas oxígeno se desarrolla a partir de las ranuras. El uso de dióxido de titanio en vidrio de auto-limpieza. Los radicales libres generados por Ti O 2 oxidar la materia orgánica. La desinfección del agua por dióxido de titanio en la fotocatálisis. La oxidación de orgánicos contaminantes utilizando partículas magnéticas que están cubiertas con dióxido de titanio de nanopartículas sacudiendo un campo magnético, mientras que la exposición a la luz UV se desarrolla. La conversión de dióxido de carbono en gases de hidrocarburos utilizando dióxido de titanio en presencia de agua. Como un amortiguador eficiente en la UV amplia, el dióxido de titanio en nanopartículas, la anatasa y el rutilo fases son capaces de generar excitones mediante la promoción de electrones a través del boquete de la venda. Los electrones y los huecos reaccionan con el vapor de agua que rodea a producir radicales hidroxilo y protones. Mecanismos de reacción presentes por lo general sugieren la creación de un reactivo de carbono altamente radical de monóxido de carbono y dióxido de carbono que reacciona con los protones foto generados que finalmente forman el metano. Aunque la eficiencia de dióxido de titanio presente fotocatalizadores basados son bajos, la incorporación de carbono basado en nanoestructuras como los nanotubos de carbono y metálicos nanopartículas. Se ha demostrado que para mejorar la eficacia de estos fotocatalizadores. Esterilizar los instrumentos quirúrgicos y de eliminar las huellas no deseadas de sensible y ópticas componentes eléctricos. Descomposición de petróleo crudo con nanopartículas de TiO2
DIOXIDO DE TITANIO
El dióxido de titano (TiO2) ocurre en la naturaleza en varias formas: rutilo (estructura tetragonal), anatasa (estructura octahédrica) y brookita (estructura ortorómbica). El dióxido de titanio rutilo y el dióxido de titanio anatasa se producen industrialmente en grandes cantidades y se utilizan como pigmentos y catalizadores y en la producción de materiales cerámicos. El dióxido de titanio tiene gran importancia como pigmento blanco por sus propiedades de dispersión, su estabilidad química y su no toxicidad. El dióxido de titanio es el pigmento inorgánico más importante en términos de producción mundial. Propiedades
El dióxido de titanio es un semiconductor sensible a la luz que absorbe radiación electromagnética cerca de la región UV. El dióxido de titanio es anfotérico, muy estable químicamente y no es atacado por la mayoría de los agentes orgánicos e inorgánicos. Se disuelve en ácido sulfúrico concentrado y en ácido hidrofluórico. Aplicaciones
Sus aplicaciones abarcan todas las industrias como podemos ver en los siguientes ejemplos:
El dióxido de titanio se utiliza universalmente en la industria de las pinturas y recubrimientos, ha sustituido a cualquier otro pigmento blanco en el mercado. En el sector de la impresión, hoy en día se opera con espesores de recubrimientos de menos de 100 milímetros, por lo que se requieren pigmentos de dióxido de titanio muy finos. El dióxido de titanio también es usado para dar color a artículos de plástico como juguetes, electrónicos, automóviles, muebles, empaque, etcétera. El pigmento de dióxido de titanio absorbe parte de la radiación UV protegiendo a su contenido. Otra de las aplicaciones del dióxido de titanio está en las fibras sintéticas, eliminando la apariencia grasosa causada por las propiedades translúcidas de la resina. Los pigmentos de anatasa son preferidos en esta aplicación. Para la industria del papel se utilizan fillers como el caolín, tiza o talco. Los pigmentos de dióxido de titanio se utilizan para el papel muy blanco que también debe ser opaco cuando es muy delgado. También se aplica como recubrimiento para hacer papel “artístico”. Otras áreas de aplicación del dióxido de titanio incluyen la industria cerámica, la manufactura de cemento blanco y el coloreado de hule o linoleo, Los pigmentos de dióxido de titanio también se utilizan como absorbentes de rayos UV en productos para el bronceado, jabones, polvos cosméticos, cremas, pasta de dientes, papel de cigarro y la industria cosmética.
Sus propiedades más importantes son: su no toxicidad, su compatibilidad con las mucosas y la piel, y su buena dispersabilidad en soluciones orgánicas.
EXPERIMENTACION DESCOMPOSICION FOTOQUIMICA DEL ANARANJADO DE METILO Leer en el espectrofotómetro UV- vis una λmax= 467 nm, el valor de la absorvancia de la solución de 5 ppm, a este valor se le denominara como blanco, una vez leído regresar el contenido de la celda a la solución. Dividir la solución anterior de 2 partes iguales (50ml) y colocar cada parte en un vaso de precipitados de 100 ml. A una de ellas adicionar 0.05 gr de ToO2 mezclado la solución , la otra parte servirá para efectuar la fotólisis (efecto de la luz UV sobre el sistema sin catalizador), por tanto no se le agregara TiO2. Introducir los sistemas al fotoreactor, cuidando que este bien cubierto con papel aluminio, para concentrar la irradiación y evitar fugas. Transcurridos 10 min, tomar una alícuota de 5 ml con una jeringa en ambos sistemas y determinar la absorbancia a la λmax=467 nm; midiendo primero el sistema carente de TiO2 (fotolisis) depositando la alícuota directamente en la celda del equipo, seguido del sistema catalizado (TiO2), para este caso se debe filtrar la muestra directo en la celda del UV-vis, mediante un filtro pirinola (millipore de 45 micrómetros y 25 mm de diámetro, con membrana de XXX) el cual se ajusta a la punta de la jeringa. Repetir los pasos 4 a intervalos de 10 min hasta completar una hora de reacción.
Tabla de Datos Experimentales Tiempo (min)
ABS Para el A.M: Fotolisis
Sist. Cat. TiO2
0
3.311
3.215
10
3.311
3.215
20
3.311
3.136
30
3.311
3.068
40
3.311
2.983
50
3.311
2.960
60
3.311
2.948
Estándares de
Calibración ppm
ABS
2
0.154
4
0.287
6
0.429
8
0.574
10
0.834
12
0.879
14
0.993
16
1.077
18
1.273
20
1.487
Tabla de Resultados
Tiempo (min) 0 10 20 30 40 50 60
Fotolisis X Conc. % A.M. A.m. Deg. 46.368 0 46.368 0 46.368 0 46.368 0 46.368 0 46.368 0 46.368 0
Sist. Cat. con TiO2 X Conc. % A.M. A.m. Deg. 45.017 2.91 45.017 2.91 43.904 5.31 42.947 7.38 41.751 9.96 41.427 10.66 41.258 11.02
Graficas
T vs Concentracion 47.000 46.000 . 45.000 M . A %44.000 . c n o 43.000 C
Fotolisis Fotocatalisis
42.000 41.000 0
20
40
60
80
Tiempo (min)
T vs % de Degradacion 12 o 10 d a d a r 8 g e D 6 . M . A 4 e d % 2
Fotolisis Fotocatalisis
0 0
20
40
Tiempo (min)
60
80
1.6 1.4 1.2 ) m n ( a i c n a b r o s b A
1 0.8 y = 0.071x + 0.0173
0.6 0.4 0.2 0 0
5
10
15
Concentracion (ppm)
20
25
