Dióxido de Titanio El semiconductor poli cristalino más utilizado es el dióxido de titanio en las fases Anatasa o Rutilo, debido a su foto estabilidad, a que no tiene un valor del “band -gap” demasiado elevado
y por el hecho de que no presenta toxicidad. El proceso de tratamiento y/o purificación de aguas, así como de gases mediante fotocatálisis heterogénea con dióxido de titanio como catalizador es, una de las aplicaciones fotoquímicas que más interés ha despertado. Según pruebas comparativas efectuadas, se ha demostrado que el TiO 2 es el material semiconductor más resistente a la corrosión química y a la foto corrosión. Es un material seguro y económico. Además, este semiconductor tiene un interés especial, ya que, debido a sus características propias, puede aprovechar los rayos ultravioleta naturales. A pesar de que la parte del espectro solar que se aprovecha en el proceso de fotocatálisis con TiO 2 es pequeño, este recurso natural es tan abundante y económico es recomendable utilizarlo. Al contrario que otras partículas semiconductoras que hacen uso de fracciones más grandes del espectro solar, el TiO2 no se degrada en los ciclos catalíticos repetidos de los que constan las fotocatálisis heterogéneas. Por estas razones, las suspensiones irradiadas de TiO 2 son el proceso más prometedor que existe para llevar a cabo la degradación de los contaminantes orgánicos presentes en las aguas residuales y procesamiento de gas.
Definición: El dióxido de titanio es un producto muy utilizado como pigmento, bloqueador solar, en cosmética, como rellenante en comprimidos vitamínicos, etcétera El dióxido de titanio es el foto catalizador más usado por sus excepcionales propiedades ópticas y electrónicas, estabilidad química y bajo costo. Además presenta la ventaja de no ser tóxico. El Ti02 existe en tres formas cristalográficas, anatasa, rutilo y brookita, pero en fotocatálisis sólo se emplean la anatasa y el rutilo. El valor de energía de “band gap” de la anatasa (3.23 eV, 384
nm) y del rutilo (3.02 eV, 411 nm), unido a la posición de la banda de valencia permite que se generen huecos muy energéticos en el semiconductor, lo que incrementa la facilidad para que se den reacciones de oxidación. La anatasa es termodinámicamente menos estable que el rutilo, pero su formación for mación se ve cinéticamente favorecida a temperaturas más bajas (<600ºC), lo que explica su mayor superficie activa y su mayor densidad de sitios activos para la adsorción de sustancias y la catálisis. En ambas estructuras, cada átomo de titanio está en el centro de un octaedro de átomos de oxígeno. Cada oxígeno tiene tres átomos de titanio coplanares envolventes. envolventes.
En el rutilo, los átomos de oxígeno forman una red hexagonal compacta ligeramente distorsionada. Los tres ángulos Ti-O-Ti son prácticamente iguales con u n valor de 1200. En la anatasa, un ángulo de Ti-O-Ti es de 180° y los otros dos de 90°. Los oxígenos forman una red cfc
Se ha encontrado en un gran número de casos que la anatasa es foto catalíticamente más activa que el rutilo. La forma comercial más popular del TiO 2 es producida por la compañía alemana Degussa, con el nombre P-25. Este material contiene alrededor de 80% de anatasa y 20% de rutilo y posee una excelente actividad foto catalítica. Tiene un área superficial específica de 50+-15 m 2g-1 y un diámetro medio de partícula de 21 nm. El 90% del material se encuentra formando agregados complejos de aproximadamente 0’1 μm de diámetro. Los
potenciales de banda de valencia y de conducción del Degussa P-25 se han calculado en +2.9 y -0.3 V, respectivamente, a pH=0
MECANISMO DE FOTOCATÁLISIS CON TiO 2 El dióxido de titanio absorbe radiación en el UV cercano ( λ<380 nm) generando pares electrón/hueco, tal y como se indica en la ecuación 1.
Los electrones que han sido promovidos a la banda de conducción y los huecos formados en la banda de valencia migran hacia la superficie del catalizador (Figura 2.2.)
La captura de los huecos y electrones por especies adsorbidas genera radicales muy reactivos capaces de producir la oxidación de compuestos contaminantes (Figura 2.3.).
Los huecos, después de migrar a la superficie, reaccionan con sustancias adsorbidas, en particular con agua (ecuación 2) o con iones OH- (ecuación 3), generando radicales OH +
En aplicaciones ambientales, los procesos foto catalíticos se llevan a cabo normalmente en ambientes aeróbicos, con lo cual el oxígeno adsorbido es la principal especie aceptor de electrones (ecuación 4).
La adición de peróxido de hidrogeno aumenta considerablemente la velocidad de la foto degradación, posiblemente debido a la generación de radicales OH - extra (ecuación 5).
Los contaminantes orgánicos adsorbidos en la superficie de las partículas de dióxido de titanio, son oxidados por los radicales hidroxilos generados durante el proceso.
El Óxido de titanio (IV) o dióxido de titanio es un compuesto cuya fórmula es TiO 2. Es utilizado en los procesos de oxidación avanzada foto catalizada. El dióxido de titano TiO 2. se presenta en la naturaleza en varias formas: rutilo(estructura tetragonal), anatasa (estructura octaédrica) y brookita (estructura ortorrómbica). 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 tiene propiedades fundamentales que lo hacen muy útil: Es una de las substancias químicas más blancas que existen: refleja prácticamente toda la radiación visible que le llega. Y mantiene el color de forma permanente. Es una de las substancias con un índice de refracción más alto (2.4, como el diamante), incluso pulverizado o mezclado con otras cosas. Y por la misma razón, es muy opaco. Esta propiedad sirve para proteger algo de la luz del Sol: refleja prácticamente toda la luz, incluso ultravioleta, y la que no refleja la absorbe. Es un foto catalizador muy eficaz. Esto quiere decir que acelera mucho las reacciones químicas provocadas por la luz. Hay varios proyectos en marcha para conseguir alternativas a los paneles solares fotovoltaicos, y todos ellos utilizan tintes mezclados con dióxido de titanio para producir una especie de fotosíntesis artificial. 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.
Diagrama del proceso de endulza miento de gas amargo
Instituto Tecnológico de Saltillo Maestría en Ciencias en Materiales
Degradación y Corrosión de Materiales
Dr. Efraín Almanza Casas
Tarea # 1 Dióxido de Titanio Efectos de la corrosión
Ing. Jorge Saucedo Esquivel
Saltillo, Coahuila a 27 de Enero de 2011
