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Obtención y caracterización de óxido de titanio dopado con nitrógeno como fotocatalizador por el método de Pechini para uso en reactor solar (CPC)

Abstract

En el presente trabajo se llevó a cabo la síntesis de dióxido de titanio (TiO2) dopado con nitrógeno a través del método de Pechini empleando dos fuentes dopantes de diferente naturaleza: nitrato de amonio y urea. Para ello se sintetizaron nueve muestras, empleando diferentes proporciones de dopaje para cada una; entre ellas una muestra sin dopar y dopajes de 0,1; 0,4; 0,6 y 0,8 de fracción molar en nitrógeno para cada fuente empleada, con la fórmula TiO2-xNx. En la caracterización del polvo obtenido fueron realizados análisis de difracción de rayos X (DRX), espectroscopia infrarroja (IR), espectroscopia UV, análisis de área superficial (BET), espectroscopia de reflectancia difusa (DRS) y microscopía electrónica de barrido (SEM) con EDS. Así mismo se realizaron varios ensayos degradativos del colorante verde de malaquita a soluciones con concentraciones entre 6 y 8 mg/L en presencia de un reactor de luz visible con un tiempo de duración de 200 minutos por ensayo. Las muestras que no presentaron un patrón de difracción puro fueron sometidas a un proceso de purificación con agua desionizada para la remoción de impurezas. Este proceso fue verificado posteriormente mediante un nuevo análisis de difracción de rayos X. Las muestras sintetizadas a partir de urea presentaron una disminución de 0,03 eV en su bandgap, lo que sugiere la ausencia de un dopaje efectivo, ya que los porcentajes de degradación fueron inferiores a los exhibidos en la degradación del colorante mismo. Las muestras sintetizadas a partir de nitrato presentaron mejores características y rendimientos de acuerdo con los resultados de los análisis realizados, presentando un porcentaje de degradación de 87,37%, un área superficial de 17,309 m2/g y, una fase cristalina pura de rutilo luego del proceso de purificación y superficies granulares y accidentadas.This work carried out the synthesis of titanium dioxide (TiO2) doped with nitrogen through the Pechini method using two different kinds of doping sources: ammonium nitrate and urea. Nine samples were synthesized using different proportions of each doping source; including a sample without doping and doping of 0.1; 0.4; 0.6 and 0.8 in mole fraction of nitrogen for each source, with the formula TiO2-xNx. The characterization of the powder were used analysis of X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR), UV spectroscopy, analysis of surface area (BET), diffuse reflectance spectroscopy (DRS) and scanning electron microscopy (SEM) with EDS. Likewise, several degradative assays of malachite green solutions were made with concentrations between 6 and 8 mg/L in a reactor of visible light with a time of 200 minutes per test. Samples which had not a pure diffraction pattern were selected for a purification process with deionized water to remove its impurities. This process was subsequently verified through another analysis of X-ray diffraction. The samples synthesized from urea reduced its bandgap in 0.03 eV, suggesting the absence of an effective doping, because the degradation percentages were lower than the exhibited in the dye degradation without any powder. The samples synthesized from nitrate showed better characteristics and yields according to the results of the analyzes performed, showing a percentage degradation of 87.37%, a surface area of 17,309 m2/g, a pure rutile crystalline phase after purification process and a granular and uneven surface

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