Monolitos de TiO2-SiO2: influencia del método de incorporación y de la concentración de Ti en sus propiedades morfológicas, estructurales y fotocatalíticas

Abstract

Mesoporous materials shaped-like TiO2–SiO2 monoliths were synthesized by the EISA method (Evaporation Induced Self Assembly), and tested on the photocatalytic degradation of the 4-chlorophenol molecule. The way to add the titanium (Ti) precursor and the heat treatment conditions were key parameters in the physical, morphological, structural and photocatalytic properties. By spraying the Ti solution onto the SiO2 monolith, materials with approximately 7% by weight of Ti were obtained. The results of the photocatalytic activity measured by UV-Vis spectroscopy showed a removal close to 70% in 150 minutes of reaction. In-situ, the Ti precursor was also added with a weight percentage of 14%, obtaining opaque monoliths with crystalline structures of anatase and rutile after heat treatment, when it was added directly during the synthesis of the Si sol. Under another approach, adding the precursor as a Ti sol to the Si sol, transparent materials with amorphous structures were produced. The latter showed greater removal of organic species (up to 100%) in 150 minutes of reaction. The concentration of the Ti precursor was another study variable, it was added in-situ, in the form of sol, using compositions of 7%, 10%, 14%, 16%, 18% and 20% by weight. The results of the characterization and photocatalytic evaluation showed a clear influence on the morphological and photocatalytic properties, being more active those that contain 14% by weight of Ti, which removed 100% of the species in 150 minutes of reaction.

Materiales mesoporosos de TiO2–SiO2 en forma de monolitos fueron sintetizados mediante el método EISA (Evaporation Induced Self Assembly), por sus siglas en inglés, y probados en la degradación fotocatalítica de la molécula de 4-clorofenol. La forma de adicionar el precursor de titanio (Ti) y las condiciones de tratamiento térmico fueron parámetros clave en las propiedades físicas, morfológicas, estructurales y fotocatalíticas. Por aspersión de la solución de Ti sobre el monolito de SiO2 se obtuvieron materiales con aproximadamente 7% en peso de Ti. Los resultados de la actividad fotocatalítica medida por espectroscopia UV-Vis mostraron una remoción cercana al 70% en 150 minutos de reacción. De manera in-situ también fue adicionado el precursor de Ti con un porcentaje en peso de 14%, obteniéndose monolitos opacos con estructuras cristalinas de anatasa y rutilo después del tratamiento térmico, cuando se añadió directamente durante la síntesis del sol de Si. Bajo otro enfoque, añadiendo el precursor como un sol de Ti al sol de Si, se produjeron materiales transparentes con estructuras amorfas. Estos últimos mostraron mayor remoción de especies orgánicas (hasta 100%) en 150 minutos de reacción. La concentración del precursor de Ti fue otra variable de estudio, este fue adicionado de manera in-situ, en forma de sol, utilizando composiciones de 7%, 10%, 14%, 16%, 18% y 20% en peso. Los resultados de la caracterización y evaluación fotocatalítica mostraron una clara influencia en las propiedades morfológicas y fotocatalíticas, siendo más activo aquellos que contiene 14% en peso de Ti, los cuales removieron el 100% de las especies en 150 minutos de reacción.