@misc{10902/6662,
year = {2015},
month = {7},
url = {http://hdl.handle.net/10902/6662},
abstract = {ABSTRACT: Drinking water availability is one of the highest priority factors for human existence and its life’s quality. However, it is estimated that nearly 780 million people do not have access to suitable water for human consumption, so they are forced to rely on biologically unsafe water source, being imperative to develop a sustainable methodology for water disinfection aiming its reuse (Wang et al, 2013; Fernández Ibáñez et al, 2014). There is a really deep concern about this problem, since new polluting compounds are being detected in wastewater treatment plant’s effluents. Some of those emerging pollutants consist of organic compounds, endocrine modulating chemicals (EMCs) and pharmaceuticals and personal care products. Nevertheless, conventional technology becomes insufficient because of these emerging substances’ complex degradation. Therefore, new technologies are being developed for the treatment of polluted water. Among them advanced oxidation technologies, adsorption/separation processes and bioremediation are included. This work proposes to employ the advanced oxidation processes, particularly the heterogeneous photocatalysis with titanium dioxide to remove organic compounds from water. It is intended to use solar light as irradiation source to produce the photocatalysis, but TiO2 has a very low activity under solar light, therefore it is proposed to synthesize graphene oxide/titanium dioxide composites (Nguyen-Phan et al (2011); Liu et al (2013); Szabó et al (2013); Fernández-Ibáñez et al (2014)). The composites have been synthesized through both hydrothermal and mechanical methods, determining the objectives to verify the hydrothermal synthesis reproducibility and the ultrasounds treatment effects during the synthesis on the composites behavior. Thus, composites have been characterized trough AFM microscopy, FTIR spectroscopy, TG analysis and BET adsorption isotherms. Besides, photocatalytic experiments under UV light to degrade dichloroacetic acid (DCA) have been carried out. AFM images of two hydrothermal samples, synthesized employing different ultrasound equipment during the exfoliation stage (the equipment had different power) were taken. Graphene oxide (GO) layers and titanium dioxide agglomerates could be seen on those images. The sample synthesized with that ultrasound equipment with the lowest power presented GO layers with thicknesses around 3-5 nm, which indicates there are several GO layers (3 and 5 layers); while the other sample presented GO layers with the expected thickness of 1 nm, what means that the higher the ultrasounds power, the better exfoliated graphite oxide is. BET surface areas of pure TiO2 and all the hydrothermal samples were analysed through N2 adsorption-desorption values, obtaining an improved SBET for the composites than for pure TiO2 with an average value of 60.94 ±3.15 m2/gcatalyst. Such a homogeneous result indicates that hydrothermal synthesis is reproducible and independent of the ultrasounds, at least about BET surface area. Regarding FTIR spectroscopy, hydrothermal composites definitely presented reproducibility, while the mechanical ones did not. However, it was verified that an additional ultrasonication during the Mechanical synthesis contributed to the formation of chemical bonds between GO and TiO2 through Ti-O-C bond, which was present for all the hydrothermal composites. However, TG analysis results showed no reproducibility at all for any synthesis method. Photocatalytic experiments were performed under UV light in order to degrade DCA, analysing too associated mineralization through DOC in the presence of TiO2, two hydrothermal samples and two mechanical samples (one of them synthesized employing an additional ultrasound treatment). The degradation for both DCA and DOC in the presence of the composites was improved in comparison to pure TiO2, obtaining a higher degradation with mechanical composites. Photocatalytic results show that the hydrothermal synthesis is reproducible, as well as the mechanical one. Hydrothermal synthesis reproducibility is supported by BET adsorption isotherms and FTIR techniques, as well as by the photocatalytic experiments, also it is proved that the ultrasounds does not affect neither the hydrothermal composites photocatalytic activity nor the SBET, but it affects the GO layers thickness. Through FTIR spectroscopy it was shown the formation of chemical bonds (Ti-O-C) between GO and TiO2 during a mechanical synthesis, as well as, that the additional ultrasonication contributes to the formation of those bonds. However, this treatment does not affect the photocatalytic activity of the composites.},
abstract = {RESUMEN:La disponibilidad de agua potable es un factor de la mayor prioridad para la existencia humana y su calidad de vida. Sin embargo, se estima que 780 millones de personas no tienen acceso a agua apta para el consumo, y por tanto, se ven forzadas a recurrir a fuentes de agua biológicamente no seguras, por ello es necesario un método sostenible para la desinfección de agua con este fin (Wang et al (2013); Fernández-Ibáñez et al (2014)). Existe una gran preocupación acerca de este problema, ya que se están detectando nuevas sustancias contaminantes en los efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales. La tecnología convencional resulta insuficiente dada la complejidad de la degradación de estos nuevos contaminantes. Algunos de estos contaminantes emergentes son componentes orgánicos, químicos disruptores endocrinos o sustancias derivadas de medicamentos y productos de cuidado personal. Por ello, se están desarrollando nuevas tecnologías para el tratamiento de estas aguas. Entre estas novedosas tecnologías se incluyen los procesos de oxidación avanzada, los procesos de adsorción/separación y la biorremediación. Este trabajo propone emplear los procesos de oxidación avanzada, en concreto la fotocatálisis heterogénea con dióxido de titanio para tratar contaminantes orgánicos en aguas. Se pretende emplear la luz solar como fuente de radiación para que se produzca la fotocatálisis heterogénea, pero el dióxido de titanio presenta una actividad muy baja bajo radiación solar, por lo que se propone sintetizar composites de óxido de grafeno y dióxido de titanio como solución (Nguyen-Phan et al (2011); Liu et al (2013); Szabó et al (2013); Fernández-Ibáñez et al (2014)). Los composites se han sintetizado mediante una vía hidrotermal y una mecánica, fijando el objetivo de comprobar la reproducibilidad de la síntesis hidrotermal y la influencia de los ultrasonidos que se emplean sobre la síntesis del composite. Para ello, se caracterizaron los composites mediante microscopia AFM, espectroscopia FTIR, análisis TG e isotermas de adsorción BET, además de realizar experimentos fotocatalíticos bajo radiación UV para degradar ácido dicloroacético (DCA). Se tomaron imágenes AFM de dos composites sintetizados por el método hidrotermal, empleando un equipo de ultrasonidos diferente (de diferente potencia) durante las síntesis de ambos. En las imágenes se podía observar las láminas de óxido de grafeno y aglomerados de dióxido de titanio sobre ellas. La muestra sintetizada empleando el equipo de menor potencia presentaba un espesor de las láminas de grafeno en torno a 3-5 nm, lo que indica que se trataba de varias láminas de óxido de grafeno (3 y 5 láminas); mientras que la otra muestra presentaba láminas de óxido de grafeno con el espesor esperado de 1 nm, lo que significa que cuanto mayor sea la potencia de los ultrasonidos durante la síntesis hidrotermal se obtiene una mejor exfoliación del óxido de grafito. El área superficial BET de todas las muestras hidrotermales y de dióxido de titanio puro se analizó mediante la adsorción-desorción de nitrógeno, obteniéndose una mejora del área BET respecto del TiO2, así como un valor medio de 60.94 ±3.15 m2/gcatalyst, un resultado tan homogéneo significa que en lo que a superficie BET la síntesis hidrotermal presenta reproducibilidad y es independiente de los ultrasonidos. En cuanto a la espectroscopia FTIR, mientras que los composites hidrotermales sí presentan reproducibilidad, los composites mecánicos carecen de ella. No obstante, se puede comprobar que al emplear un tratamiento de ultrasonidos adicional durante la síntesis mecánica de los composites se favorece la formación de enlaces Ti-O-C entre el óxido de grafeno y el dióxido de titanio, enlace que está presente también para todos los composites hidrotermales. Sin embargo, al realizar el análisis TG se observa que ninguna de las dos síntesis es reproducible. Los experimentos fotocatalíticos se realizaron bajo radiación UV para la degradación de DCA, analizando también la mineralización asociada (a través de COD) en presencia de TiO2, dos composites hidrotermales y dos composites mecánicos (uno de ellos sintetizado con ultrasonicación adicional). Tanto para la degradación de DCA como COD los composites hidrotermales y mecánicos presenta una mejora respecto del TiO2 puro, obteniéndose una mejor degradación con los dos composites mecánicos. Los resultados fotocatalíticos muestran que la síntesis hidrotermal es reproducible (se alcanza igual degradación con las dos muestras), así como la mecánica. Mediante las pruebas de caracterización isotermas de adsorción BET (con un valor medio de SBET 60.94 ±3.15 m2/gcatalyst), FTIR y el ensayo fotocatalítico se comprueba la reproducibilidad de la síntesis hidrotermal, así como la independencia de esta síntesis de la etapa de exfoliación con ultrasonidos. Sin embargo, esta etapa resulta clave para la obtención de láminas de óxido de grafeno con el espesor debido de 1 nm. También mediante la espectroscopia FTIR se comprueba que en los composites mecánicos se forman enlaces químicos entre el óxido de grafeno y el dióxido de titanio, mediante enlaces Ti-O-C, cuya formación resulta favorecida por una etapa de ultrasonidos adicional durante la síntesis del composite. Sin embargo, esta etapa no afecta a la actividad fotocatalítica de los composites, ya que los resultados obtenidos con las muestras mecánicas para la degradación de DCA y COD son reproducibles.},
title = {Photocatalytic activity of graphene oxide-titanium dioxide composites},
author = {Astoreca Álvarez, Laura},
}