Semiconductores del sistema ZnO – TiO2 como potenciales removedores de moléculas orgánicas contaminantes, provenientes de procesos de combustión

Abstract

Inicialmente, en este proyecto se estructuró una metodología que permitió sintetizar polvos cerámicos de los sistemas ZnO-TiO2 de manera controlada y reproducible, utilizando para ello el método del Complejo Polimérico (Pechini) y estableciendo un posible mecanismo de formación de las partículas. Con este método de síntesis se obtuvieron partículas de tamaño nanométrico y alta pureza química. Los polvos cerámicos sintetizados se caracterizaron empleando: Análisis Termo-diferencial y Termogravimétrico (ATD/TG), Difracción de Rayos X (DRX), Espectroscopía Infrarroja con Transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Electrónica de Barrido (MEB), Espectroscopía Ultravioleta y Visible (UV-Vis) de Absorción, Espectroscopía Ultravioleta y Visible (UV-Vis) de Reflectancia Difusa y Espectroscopía de Fotoluminiscencia (PL). Para conocer la respuesta de los polvos cerámicos frente a una atmósfera contaminada, se emplearon las siguientes técnicas: Superficie Específica (BET), Quimisorción de CO, Desorción a Temperatura Programada (TPD por sus siglas en inglés) y Cromatografía de Gases (CO, Etileno y Etano). Posteriormente, con los polvos sintetizados se conformaron piezas cerámicas empleando el método de conformado en molde (―Slip Casting‖). Para ello se empleó agua como solvente, a la que se le adicionó cierta concentración de sólidos, polvos de los sistemas ZnO-TiO2 sintetizados, una cantidad requerida de defloculante (PAA) y una cierta cantidad de material porógeno (Dextrina) para controlar la porosidad de la pieza, de tal manera que se obtuvo una barbotina estable. Una vez conformada la suspensión estable, fue vertida sobre un molde de yeso para obtener piezas cerámicas en verde, las que fueron secadas en el interior de un desecador, a temperatura ambiente y luego fueron tratadas térmicamente. Las piezas sinterizadas se caracterizaron micro -estructuralmente con MEB y EDS, además se calculó el porcentaje de porosidad aparente y de absorción de agua. Finalmente, se realizaron pruebas de funcionalidad empleando piezas conformadas tanto con polvos cerámicos comerciales como con los ZnO-TiO2 sintetizados. Con las piezas cerámicas sinterizadas, de los sistemas ZnO-TiO2 con diferente contenido de titanio, se realizaron ensayos para determinar su acción sobre los gases expulsados por los motores de las motocicletas de dos tiempos (2T). Estos ensayos consistieron en disponer las piezas sinterizadas de tal manera que se garantizó un contacto directo con una atmosfera contaminada, proveniente del caño de escape de una motocicleta, y así se determinó la respuesta de las piezas cerámicas considerando el registro suministrado por un analizador de gases avalado y reglamentado por la Secretaría de Tránsito y Transporte de Popayán. Con estos ensayos se encontró que las piezas cerámicas de ZnO-TiO2 sintetizado, presentaban selectividad y sensibilidad a moléculas como el CO, CO2 e Hidrocarburos. Se observó que las piezas de 100%ZnO presentaban el máximo %disminución de la presencia de CO (69.9%) e hidrocarburos (39.57%) mientras que la muestra elaborada con polvos de 99%ZnO-1%TiO2 presentaba el mayor %disminución de la presencia de CO2 (36.95%).