Estudio de fotocatalizadores M/TiO2 (M=Au, Ag, Cu, Pt) para la producción de H2 por fotorreformado de ácido acético bajo irradiación con luz solar simulada

Abstract

Introducción: En la reacción de fotorreformado de ácido acético los principales retos que se han encontrado hasta la fecha son los bajos rendimientos de producción de H2 y la baja selectividad frente a la generación de CH4 (vía reacción de Photo-Kolbe). Por otro lado, los catalizadores que mejor respuesta han dado hasta el momento son los de TiO2 con metales nobles como co-catalizador, principalmente oro y platino. Sin embargo, de cara a una futura aplicación industrial, sería deseable sustituir estos metales por otros más baratos y abundantes como el cobre. Objetivo: Comparar el efecto de diferentes co-catalizadores metálicos y diferentes métodos de síntesis en la respuesta del fotocatalizador. Síntesis de Au/TiO2 por tres métodos diferentes: Se pretende comprobar la existencia de diferencias significativas en las características y actividad de los catalizadores en función del método de síntesis. Síntesis de fotocatalizadores Au/TiO2 por los métodos de: deposición-precipitación, impregnación y fotodeposición. La cantidad de oro depositada en los tres casos será el 1% de la masa de TiO2. Caracterización de los catalizadores por ICP-AAS, espectroscopía UV-VIS y TEM. Ensayo de la actividad de los tres catalizadores por suspensión en disolución acuosa de ácido acético bajo luz solar simulada. Valores de concentración de catalizador, concentración de ácido acético y temperatura constantes. Tiempo de exposición de dos horas tomando muestra a tiempos intermedios para estudiar la cinética de producción de los productos de interés (H2, CH4, CO2 y etano presentes en la fase gaseosa). La cuantificación se lleva a cabo mediante cromatografía de gases. Barrido de metales dopantes del TiO2: En base a los ensayos anteriores se escoge el método o métodos que se consideran más adecuados y se procede a la síntesis de nuevos fotocatalizadores cambiando el oro por otro metal. Se prueba Ag, Pt y Cu. Síntesis de los catalizadores por el método elegido, ajustando las condiciones a los precursores que se empleen en cada caso. La cantidad de metal depositado sigue siendo el 1% de la masa de TiO2 para todas las síntesis. Caracterización de los catalizadores por ICP-AAS, UV-VIS y TEM. Ensayos de actividad de los catalizadores, en las mismas condiciones de concentración de sustrato, catalizador y temperatura que en el apartado anterior. Esta vez se toma una sola muestra a las 2h de irradiación. Se compara la respuesta de los diferentes catalizadores entre sí y con respecto al primero de Au/TiO2. Optimización del nuevo fotocatalizador: Con los datos obtenidos se escoge el/los metales que se consideren mejores co-catalizadores en función de su respuesta y viabilidad; y se optimizan los parámetros experimentales para maximizar rendimiento y selectividad a hidrógeno. Se estudia la actividad del fotocatalizador variando sistemáticamente la cantidad de metal depositado en el catalizador y posteriormente la concentración de catalizador en disolución. Se toma una sola muestra para cada experimento tras 2h de irradiación. En base a los resultados se propone la cantidad de co-catalizador óptima para el M/TiO2 concreto, así como la concentración de éste que debe ir en el reactor.