Photocatalytic Contaminant Abatement by TiO2 Enriched Construction MaterialsFrom a Parametric Study to an Attempt to Predict the Photocatalytic Activity

Resumen

La fotocatálisis heterogénea es un proceso fotoquímico que forma parte de los llamados "Procesos Avanzados de Oxidación". Esta tecnología se basa en la utilización de un material semiconductor como catalizador, el cual se activa por luz para generar reacciones redox que pueden modificar químicamente los contaminantes, convietiéndolos en sustancias más biodegradables, o en muchos casos logrando lacompleta mineralización de los mismos. En las últimas décadas surge la aplicación de esta técnica en materiales de construcción para descontaminar el aire y como autolimpieza de superficies. El hecho de que las condiciones experimentales fijadas en normas y literatura publicada se diferencien en muchos aspectos hace difícil la comparación de resultados experimentales entre ensayos realizados en diferentes condiciones, así como la predicción del comportamiento de un sistema de ensayo específico o en condiciones reales. A pesar de que ya se ha llevado a cabo numerosa investigación respecto a la influencia de parámetros experimentales, hace falta un estudio exhautivo de la influencia de las distintas variables así como el establecimiento de correlaciones globales para facilitar la estimación de la actividad fotocatalítica en diferentes escenarios. En este marco, el objetivo global de la presente tesis doctoral es la evaluación de la influencia de las condiciones ambientales y propiedades de los catalizadores en la actividad de descontaminación, por materiales de construcción enriquecidos en TiO2 con el propósito de poder llegar a estandarizar los resultados obtenidos en diferentes ensayos específicos a una escala comparable e intentar así predecir el comportamiento en diferentes escenarios. Para ello, se ha determinado la actividad de un fotocatalizador mediante tres métodos diferentes, de los cuáles dos han sido de descontaminación de compuestos en fase gaseosa, tanto inorgánicso (NOx), como orgánicos (tolueno). El tercer tipo de ensayo ha sido el de autolimpieza de superficies; mediante el cual se ha llevado a cabo la degradación de dos tipos de contaminantes diferentes, rodamina B y extracto de tabaco. Para cada uno de estos procesos , se ha establecido el rango de variación de cada uno de los parámetros ambientales seleccionados (temperatura, humedad relativa, humedad absoluta, intensidad de la irradiación, distribución de energía de los fotones, carga de catalizador y concentración incial de reactantes). Así mismo, se han llevado a cabo una exhautiva caracterización tanto de los materiales fotocatalíticos como del mortero de soporte, de forma que la/s características fundamentales de los materiales estudiados constituyan un dato de partida para la posterior evaluación y correlación global. En total, se ensayaron 10 catalizadores diferentes, todos ellos basados en TiO2. Adicionalmente, se ha llevado a cabo una evaluación crítica de los métodos empleados para determinar la actividad fotocatalítica. Los métodos evaluados para la cuantificación de la actividad fotocatalítica fueron elegidos con el objetivo de comparar su ideonidad para describir dicha actividad y así poder seleccional aquel método que mejor exprese esta actividad. Se llevaron a cabo estimaciones cinéticas y ajustes empíricos para evaluar la actividad de cada uno de los ensayos y así ver su influencia en cada uno de los parámetros. La influencia de los parámetros experimentales se ha analizado, en base a los coeficientes cinéticos y/o de ajuste obtenidos para cada parámetro de forma individual así como mediante el establecimiento de una ecuación global empírica, para cada uno de los proceosos fotocatalíticos estudiados, que permita estandarizar los resultados obtenidos en diferentes ensayos específicos a una escala comparable e intentar así predecir el comportamietno en diferentes escenarios.