Estudio de la actividad fotocatalitica de peliculas de nanobarras de zno, en la fotodegradacion del colorante rodamina B con Irradiacion Solar Directa

Abstract

En el presente trabajo se evaluó la actividad fotocatalítica de películas de nanobarras de óxido de zinc en la fotodegradación del colorante industrial rodamina B, en un proceso discontinuo simple abierto, irradiando energía solar a diferentes tiempos de exposición. Se fabricó diez películas de semillas de ZnO, por el método de rociado pirolítico, a partir de soluciones precursoras de acetato de zinc 0.01M preparadas con diez diferentes proporciones molares de etanol:agua, cuyos rangos variaron de 0 a 0.92 con el objetivo de estudiar la influencia de esta variable en las propiedades físico químicas y actividad fotocatalitica de las nanobarras. En el proceso del rociado pirolitico, estas soluciones fueron evaporadas y depositadas sobre sustratos de vidrio conductor a 350°C, donde se formaron las películas de partículas de óxido de zinc, que actuaron como semillas, de las cuales crecieron las nanobarras, en una solución de nitrato de zinc e hidróxido de sodio en un horno a 90 °C por 1 hora. Las películas resultantes, fueron caracterizadas por las técnicas de microscopia electrónica de barrido para analizar la morfología, por difracción de rayos-X, para determinar su estructura y fases cristalográficas y por espectroscopia UV-visible para estudiar las propiedades ópticas. Los resultados de la caracterización mostraron que las películas están formadas por nanobarras hexagonales de 20 a 80 nm de diámetro, crecidas y alineadas verticalmente al sustrato de vidrio con un espesor o altura de las nanobarras que varía de 3 a 6 µm; presentan estructura cristalina del tipo wurzita, dirección preferencial de crecimiento en el plano cristalino (0 0 2). Los valores medidos de la brecha de banda de energía prohibida “Eg“ de las películas P1, P9 y P10 fueron 3,13, 3,11 y 3,08 eV respectivamente, las películas con valores pequeños de Eg tienen mejor comportamiento como fotocatalizadores. Las mediciones de transmitancia a la luz UV-vis de las películas muestran que la luz atraviesa en estas en el rango de 350-450nm y los bordes de absorción aparece para todas aproximadamente a 450nm, comparando las diez películas mayor dispersión de la luz pasa en P8 >P10 >P1. Cuando la proporción molar aumenta, la cristalinidad, el espesor de la película o altura de las nanobarras, su distribución homogénea y el área de la superficie de contacto fotonica aumenta. La estructura cristalina es similar. La banda de energía prohibida disminuye, mejor en las películas P9 y P10. En las pruebas de transparencia las diez películas disipan la luz en el rango visible, indica que trabajan en el rango UV. En conclusión, la variación de los valores de las proporciones molares en la preparación de la síntesis de las películas de nanobarras de ZnO, influye en sus propiedades físicas y fotocatalíticas. El estudio de la actividad fotocatalítica de las películas mostraron resultados eficientes para tiempos de reacción de 3 horas con una energía de radiación promedio de 800 W/m2 entre las 12 y 14 horas del día, los mejores rendimientos de eficiencia promedio fueron 92% de fotodegradación del colorante de rodamina B, para películas con proporciones molares de etanol:agua de 0.92, 0.31 y 0.18 y 0.12 correspondientes a P10, P9, P8, P7 respectivamente. La mayor actividad fotocatalítica de estas películas se debe a su mayor área de contacto superficial, una buena cristalinidad, superficies rugosas, mayor distancia y separación entre barras observadas en la caracterización morfológica, que proporcionan áreas de adsorción de luz más grandes y sitios reactivos favorables a las reacciones fotocatalíticas de la rodamina B. Por ultimo, se avaluó la perdida de actividad fotocatalítica o envejecimiento de las películas y se encontró actividad fotocatalitica en todas las películas, sin embargo, no muestran la misma tendencia en las curvas de reacción fotocatalítica que las observadas con las películas usadas por primera vez. Esta forma de producción sencilla y barata de películas de nanobarrras de óxido de zinc sobre sustratos, ofrece la posibilidad de proponer nuevos materiales nanoestructurados para su uso como fotocatalizadores en la descontaminación de compuestos orgánicos persistentes como los colorantes en aguas residuales industriales.