Presentación de PowerPoint · DRX MMV SEM DRS DEGRADACIÓN FOTOCATALÍTICA DE AZUL DE METILENO...
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DRX MMV SEM DRS DEGRADACIÓN FOTOCATALÍTICA DE AZUL DE METILENO EMPLEANDO CATALIZADORES CERÁMICOS DE Y 1-X Bi X FeO 3 , 0≤X≤0.5 Omar Rosales-González 1 , Félix Sánchez-De Jesús 1 , Mónica Camacho-González 2 , Claudia Alicia Cortés-Escobedo 3 , Ana María Bolarín-Miró 1 1 Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Mineral de la Reforma, Hidalgo, 42184, México. [email protected] 2 Universidad Tecnológica de Tecámac. Tecámac, Estado de México, México. 3 Centro de Investigación e Innovación Tecnológica, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México, 02250, México. [email protected] 1. Resumen En el presente trabajo se reporta el estudio de la actividad fotocatalítica de YFeO 3 dopado con bismuto. La síntesis se realizó por medio de molienda de alta energía durante 5 horas, asistida por tratamiento térmico de los polvos a 700 °C durante 2 h. La difracción de rayos X (DRX) y el refinamiento Rietveld revelan una fase pura de YFeO 3 para contenidos de Bi inferiores al 40 % mol. Para niveles de dopaje más altos, la fase de YFeO 3 se transforma parcialmente en Y 3 Fe 5 O 12 . Los ciclos de histéresis magnética muestran un comportamiento ferromagnético para contenidos de bismuto mayores a 0.3 mol, esta magnetización puede ser útil para su recuperación. Los valores de banda prohibida, obtenidos mediante espectroscopía de reflectancia difusa, muestran que los compuestos sintetizados absorben luz visible. Los materiales sintetizados muestran una alta degradación (>80%) fotocatalítica de azul de metileno bajo irradiación de luz visible. 2. Introducción La actividad fotocatalítica ha sido ampliamente estudiada para la generación de energía limpia y aplicaciones ambientales, como el tratamiento del agua, la eliminación de contaminantes del aire NO x /SO x y la descomposición de colorantes industriales. El óxido de titanio (TiO 2 ) es el material más utilizado como fotocatalizador, ya que presenta alta actividad fotocatalítica así como elevada estabilidad química y estructural. Sin embargo, el TiO 2 presenta valores de banda prohibida en el rango de 3.0 a 3.2 eV, limitando su actividad fotocatalítica solo con luz UV, sin aprovechar la luz visible. En años recientes la ortoferrita de itrio (YFeO 3 ) con estructura tipo perovskita distorsionada se ha reportado como un material con buenas propiedades fotocatalíticas empleando luz visible. Adicionalmente, realizando un adecuado dopaje, es posible incrementar su actividad fotocatalítica, así como inducir ferromagnetismo, lo cual facilitaría la recuperación del fotocatalizador. 3. Experimental 4. Resultados 4.1 Estructura cristalina Caracterización Bi (1.17 Å) Fe Y (0.90 Å) Fe-O-Fe Fe Fe Fe O O BiFeO 3 Bi 1-x Y x FeO 3 Cambios en ángulos de enlace 4.2 Morfología 4.3 Comportamiento magnético 5. Conclusión • Se obtiene una fase YFeO 3 pura hasta contenidos de Bi 3+ con x=0.3, mayores contenidos propician fases secundarias Y 3 Fe 5 O 12 y Bi 25 FeO 40 • Los polvos constan de aglomerados de partículas en un rango de 1-9 μm para los aglomerados y de 110 -300 nm para las partículas • Las muestras con x<0.3 muestras un comportamiento antiferromagnético característico de la YFeO 3 , contenidos superiores de Bi 3+ proporcionan ferromagnetismo • Los valores de banda prohibida se encuentran en el espectro de luz visible, el Bi 3+ no afecta en gran medida la absorción de luz • La degradación de azul de metileno alcanza sobre el 80% para todas las muestras de polvos cerámicos • Los catalizadores pueden ser recuperados magnéticamente Patrones de difracción/Refinamiento Rietveld para los polvos cerámicos: • Fase YFeO 3 (Pnma, ICSD #80865) pura para x≤0.3 de contenido de Bi 3+ • Fases secundarias de Y 3 Fe 5 O 12 y Bi 25 FeO 40 para x>0.3 • Aglomerados tamaño de 1-9 μm de partículas semiesféricas. • Mayor contenido de Bi>tamaño de aglomerado • Electrones retrodispersos y XPS dos fases: Y 3 Fe 5 O 12 (zonas obscuras) y Bi 25 FeO 40 (zonas claras) • Partículas semiesféricas de 110-300 nm Degradación de azul de metileno bajo luz visible y condiciones: (a) sin agente oxidante y (b) usando 160 ppm de H 2 O 2 como agente oxidante Ciclos de Histéresis magnéticos de los polvos: • Antiferromagnetismo x<0.3 de contenido de Bi 3+ • Ferromagnetismo para x≥0.3, dominado principalmente por la fase Y 3 Fe 5 O 12 4.4 Reflectancia Difusa 4.4 Desempeño fotocatalítico Determinación de los valores de banda prohibida por medio de la función modificada de Kubelka-Munk Fotodegradación x=0 x=0.2 x=0.3 x=0.5
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DRX
MMV
SEM
DRS
DEGRADACIÓN FOTOCATALÍTICA DE AZUL DE METILENO EMPLEANDO CATALIZADORES CERÁMICOS DE Y1-XBiXFeO3, 0≤X≤0.5
Omar Rosales-González1, Félix Sánchez-De Jesús1, Mónica Camacho-González2, Claudia Alicia Cortés-Escobedo3,
Ana María Bolarín-Miró1
1Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Mineral de la Reforma, Hidalgo, 42184, México. [email protected] Tecnológica de Tecámac. Tecámac, Estado de México, México.3Centro de Investigación e Innovación Tecnológica, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México, 02250, México. [email protected]
1. ResumenEn el presente trabajo se reporta el estudio de la actividad fotocatalítica de YFeO3 dopado con bismuto. La síntesis se realizó por medio de molienda de alta energía durante 5
horas, asistida por tratamiento térmico de los polvos a 700 °C durante 2 h. La difracción de rayos X (DRX) y el refinamiento Rietveld revelan una fase pura de YFeO3 para
contenidos de Bi inferiores al 40 % mol. Para niveles de dopaje más altos, la fase de YFeO3 se transforma parcialmente en Y3Fe5O12. Los ciclos de histéresis magnética
muestran un comportamiento ferromagnético para contenidos de bismuto mayores a 0.3 mol, esta magnetización puede ser útil para su recuperación. Los valores de banda
prohibida, obtenidos mediante espectroscopía de reflectancia difusa, muestran que los compuestos sintetizados absorben luz visible. Los materiales sintetizados muestran
una alta degradación (>80%) fotocatalítica de azul de metileno bajo irradiación de luz visible.
2. IntroducciónLa actividad fotocatalítica ha sido ampliamente estudiada para la generación de energía limpia y aplicaciones ambientales,como el tratamiento del agua, la eliminación de contaminantes del aire NOx/SOx y la descomposición de colorantesindustriales. El óxido de titanio (TiO2) es el material más utilizado como fotocatalizador, ya que presenta alta actividadfotocatalítica así como elevada estabilidad química y estructural. Sin embargo, el TiO2 presenta valores de banda prohibida enel rango de 3.0 a 3.2 eV, limitando su actividad fotocatalítica solo con luz UV, sin aprovechar la luz visible. En años recientes laortoferrita de itrio (YFeO3) con estructura tipo perovskita distorsionada se ha reportado como un material con buenaspropiedades fotocatalíticas empleando luz visible. Adicionalmente, realizando un adecuado dopaje, es posible incrementar suactividad fotocatalítica, así como inducir ferromagnetismo, lo cual facilitaría la recuperación del fotocatalizador.
3. Experimental
4. Resultados
4.1 Estructura cristalina
Caracterización
Bi (1.17 Å)
Fe
Y (0.90 Å)
Fe-O-Fe
Fe Fe Fe
O
O
BiFeO3 Bi1-xYxFeO3
Cambios en
ángulos de enlace
4.2 Morfología
4.3 Comportamiento magnético
5. Conclusión• Se obtiene una fase YFeO3 pura hasta contenidos de Bi3+ con x=0.3, mayores contenidos propician fases secundarias Y3Fe5O12 y Bi25FeO40
• Los polvos constan de aglomerados de partículas en un rango de 1-9 μm para los aglomerados y de 110 -300 nm para las partículas• Las muestras con x<0.3 muestras un comportamiento antiferromagnético característico de la YFeO3, contenidos superiores de Bi3+ proporcionan ferromagnetismo• Los valores de banda prohibida se encuentran en el espectro de luz visible, el Bi3+ no afecta en gran medida la absorción de luz• La degradación de azul de metileno alcanza sobre el 80% para todas las muestras de polvos cerámicos• Los catalizadores pueden ser recuperados magnéticamente
Patrones de difracción/Refinamiento Rietveld para los polvos cerámicos:• Fase YFeO3 (Pnma, ICSD #80865) pura para x≤0.3 de contenido de Bi3+
• Fases secundarias de Y3Fe5O12 y Bi25FeO40 para x>0.3
• Aglomerados tamaño de 1-9 μm de partículassemiesféricas.
• Mayor contenido de Bi>tamaño de aglomerado• Electrones retrodispersos y XPS dos fases: Y3Fe5O12
(zonas obscuras) y Bi25FeO40 (zonas claras)• Partículas semiesféricas de 110-300 nm
Degradación de azul de metileno bajo luz visible y condiciones:(a) sin agente oxidante y (b) usando 160 ppm de H2O2 comoagente oxidante
Ciclos de Histéresis magnéticos de los polvos:• Antiferromagnetismo x<0.3 de contenido de Bi3+
• Ferromagnetismo para x≥0.3, dominado principalmente por la fase Y3Fe5O12
4.4 Reflectancia Difusa4.4 Desempeño fotocatalítico
Determinación de los valores de bandaprohibida por medio de la funciónmodificada de Kubelka-Munk
Fotodegradación
x=0 x=0.2 x=0.3 x=0.5
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