Efecto de la concentración de nanopartículas de ZnO, ZnO:Cu y Fe3O4, en su capacidad fotocatalítica para degradar verde malaquita en agua

Abstract

En el presente informe se sintetizaron nanopartículas de óxido de zinc (ZnO) puro y dopado con Cu usando el método sol-gel modificado y nanopartículas de ferritas utilizando el método de co-precipitación. Se evaluaron sus propiedades estructurales, ópticas y fotocatalíticas de las nanopartículas sintetizadas a través de los análisis de difracción de rayos X (XRD), espectroscopia Raman, espectroscopia de infrarrojo por transformada de fourier (FTIR), espectroscopia UV-vis, Fotoluminiscencia (PL) y dispersión dinámica de luz (DLS). El análisis de XRD evidencio que las nanopartículas de ZnO puras y dopadas con Cu presentaron estructura hexagonal del tipo wurtzita sin la presencia de fases secundarias al momento de realizar el dopaje con Cu, mientras que las nanopartículas de Fe3O4 presentaron los picos característicos de la magnetita en su espectro de XRD. La espectroscopia Raman corroboro los resultados obtenidos por XRD observándose las bandas asociadas tanto a la formación del ZnO puro y dopado, como de las nanopartículas de ferritas sintetizadas. Los espectros de UV-vis revelaron que las nanopartículas del ZnO puro y dopado presentan una alta absorción en el rango ultravioleta, mientras que las nanopartículas de ferrita exhibieron absorción de luz UV en la región de luz visible menor de 700nm. Los resultados de espectroscopia PL revelaron que con el dopaje del ZnO disminuye la fuerte emisión en el rango visible que muestran las nanopartículas de ZnO puro, mientras que las ferritas muestran una fuerte emisión violeta y moderada emisión en el azul. Con la espectroscopia de DLS se obtuvieron los tamaños promedio de las nanopartículas mediante el análisis por distribución Nicomp, cuyos valores estuvieron dentro del rango nanométrico. Los ensayos de fotocatálisis se realizaron con concentraciones de 120, 240, 360 y 480 mg/L de nanopartículas para la degradación de verde malaquita bajo irradiación UV. La degradación del contaminante fue evaluada a través de su espectro de absorbancia extrayendo muestras a intervalos de tiempo definidos para cada tipo de nanopartículas. Los resultados obtenidos revelaron que al aumentar la concentración de nanopartículas de ZnO, aumenta la velocidad de degradación del contaminante. Mientras que al aumentar la concentración de nanopartículas de ZnO dopadas con Cu, estas no afectaron considerablemente la degradación fotocatalítica del contaminante. Las ferritas evidenciaron degradación del contaminante cuando la concentración llega a 480 mg/L