Sintesis de fotoelectrocatalizadores de WO3 para la degradación del herbicida bromacilo en medios acuosos

Abstract

[ES] El objetivo del presente Trabajo Fin de Grado (TFG) consiste en la fabricación de nanoestructuras de óxido de wolframio (WO3) para su empleo como fotoelectrocatalizadores en la degradación del herbicida bromacilo en medios acuosos, debido a su elevada toxicidad y persistencia sobre los seres vivos y a su alta resistencia a la degradación mediante métodos convencionales. El uso de WO3 radica en su menor valor de band-gap en comparación con otros semiconductores frecuentemente empleados como fotoelectrocatalizadores, entre los que destaca el TiO2, lo que permite la absorción de parte de los rayos visibles del espectro solar. La síntesis de las nanoestructuras se ha llevado a cabo mediante el anodizado electroquímico de un electrodo de wolframio en medio ácido (1.5 M H2SO4) con agente complejante (0.05 M H2O2), aplicando un potencial de 20 V. Mediante el análisis de la densidad de corriente registrada durante el transcurso del anodizado, ha sido posible la identificación de las distintas etapas del proceso de formación de las nanoestructuras obtenidas. Además, la caracterización se ha completado mediante la evaluación morfológica, realizada mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-SEM) y la evaluación de la fase cristalina, a partir de microscopía Raman. A continuación, las nanoestructuras obtenidas en el proceso de anodizado se han empleado como fotoánodo en la descomposición fotoelectroquímica del herbicida bromacilo mediante la irradiación con luz con una longitud de onda de 420 nm y la aplicación de un potencial de 1 V. El comportamiento de estas nanoestructuras como fotoelectrocatalizador ha sido analizado a través de la densidad de fotocorriente, mientras que el seguimiento de la degradación se ha estudiado mediante espectrofotometría UV-Vis, cromatografía de iones y TOC, tras haber realizado las rectas patrón pertinentes. Los resultados demuestran su efectividad, logrando una degradación del 84.42% con una constante cinética de pseudo-primer orden de 0.0054 min-1 . Además, se han propuesto productos de reacción a partir de la evolución de los iones Br- y NO3 -

[EN] The objective of the present Final Degree Project (FDP) is the manufacture of tungsten oxide nanostructures (WO3) for their use as photoelectrocatalysts in the degradation of the bromacil herbicide in aqueous media, due to its high toxicity and persistence in living beings and its high resistance to degradation by conventional methods. The use of WO3 lies in its lower band-gap value compared to other semiconductors frequently used as photoelectrocatalysts, among which TiO2 stands out, which allows the absorption of part of the visible rays of the solar spectrum. The synthesis of the nanostructures has been carried out by electrochemical anodisation of a tungsten electrode in acid medium (1.5 M H2SO4) with a complexing agent (0.05 M H2O2), applying a potential of 20 V. By analysing the current density recorded during the course of anodisation, it has been possible to identify the different stages of the process of formation of the obtained nanostructures. Furthermore, the characterization was completed by morphological evaluation, performed by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and the evaluation of the crystalline phase, by Raman microscopy. Then, the nanostructures obtained in the anodisation process have been used as photoanode in the photoelectrochemical decomposition of the bromacil herbicide by irradiation with light with a wavelength of 420 nm and the application of a potential of 1 V. The behavior of these nanostructures as a photoelectrocatalyst has been analysed through the photocurrent density, while the monitoring of the degradation has been studied by means of UV-Vis spectrometry, ion chromatography and TOC, after having made the corresponding calibration lines. The results demonstrate its effectiveness, achieving a degradation of 84.42% with a pseudo-first order rate constant of 0.0054 min-1. In addition, reaction products have been proposed from the evolution of the Brand NO3 - ions.