Marco teórico

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TITANIO

El titanio es el primer elemento del grupo IVB de numero atómico 22, descubierto en 1791 por W. Gregor. Tiene una abundancia de 6329 ppm (0.63%). Materia prima: ilmenita FeTiO3 y rutilo TiO2. Se utiliza en aleaciones de gran dureza y resistencia y en pinturas en países como Canadá, USA y Australia. Producción: 120.000 Tn/Año. Preparación: método de Kroll [12].

EL ÓXIDO DE TITANIO COMO SOPORTE

El óxido de titanio se utiliza para múltiples aplicaciones, especialmente en fotocatálisis y como soporte de catalizadores. Desde los años setenta, sin embargo, el óxido de titanio ha sido objeto de una cantidad de estudios, debido a las interacciones que se establecen entre este material, utilizado como soporte, y las fases activas soportadas en él, tras ser reducidos a altas temperaturas. En 1978 Tauster y Col [13-14] introdujeron el término “strong metal-support interaction” (SMSI) para definir el efecto que se observó entre el óxido de titano y el platino soportado. Estas interacciones se distinguieron al principio por inhibir la quimisorción de hidrógeno en los metales tras ser reducidos a altas temperaturas. Sin embargo, a lo largo de los años se ha descubierto que tiene un efecto mucho mayor y pueden modificar la actividad y selectividad de los metales nobles en diferentes reacciones catalíticas [15-16].

CERIO

El cerio es un elemento químico, Ce, número atómico 58. Es el elemento metálico más abundante del grupo de las tierras raras en la tabla periódica. El elemento natural está constituido de los isótopos 136Ce, 138Ce, 140Ce y 142Ce.

ÓXIDOS MIXTOS

Muchos métodos convencionales de preparación de catalizadores involucran varias etapas, debido a que los catalizadores más activos contienen más de un componente. Por ejemplo, la preparación de metales soportados u óxidos consiste primero en obtener el soporte, seguido por la introducción de un precursor.
La preparación sol-gel permite la introducción de varios componentes en una sola etapa. En sistemas de dos componentes, el componente secundario puede participar directamente en la química sol-gel, en cuyo caso hay efecto sobre la homogeneidad estructural y composicional del producto, o no participa en donde es simplemente encapsulado en la cadena del gel por el mayor componente. Por lo que, la preparación de óxidos mixtos sintetizados por sol-gel, ofrece excelente control de mezclado a causa de su capacidad para alterar la reactividad relativa del precursor. En una manera cualitativa, se espera un buen mezclado cuando no son semejantes. Sin embargo, estas se pueden igualar mediante las siguientes cuatros estrategias [13-15].

  1. Usando un precursor que contenga un grupo alcoxi diferente (M-OR)n.
  2. Dar al precursor menos reactivo un comienzo por pre-reacción con agua. Esto también es conocido como pre-hidrólisis.
  3. Bajar la reactividad el precursor mediante el reemplazo de algunos de los grupos alcoxi con diferentes ligandos en un método conocido como modificación química. El ácido acético y acetilacetona son dos modificadores comunes.
  4. Realizar la preparación a temperatura diferente.
Las características del solido final dependen de los siguientes parámetros:
  • Uso diferentes de precursores del metal.
  • pH de la solución.
  • Diferente catalizador con el mismo pH.
  • Tipo de solvente.
  • La relación Alcóxido/Agua.
  • La concentración de los componentes en la solución.
  • Temperatura y tiempo de permanencia (reflujo).
  • Tipo de reactor.
           La preparación de soportes catalíticos y catalizadores soportados por medio del método sol-gel, son tratados a temperaturas elevadas entre 400 °C y 500°C o más, para la eliminación de las especies orgánicas e inorgánicas presentes. Sin embargo este tratamiento térmico podría causar cambios directos indeseables en la estructura cristalina del material.

ÓXIDO DE TITANIO (TIO2)

El dióxido de titanio se usa industrialmente como pigmento blanco en la elaboración de pinturas, papel, cerámica, gomas, barniz, plásticos y como recubrimiento en los electrodos de titanio.
El TiO2 puro y estequiométrico presenta propiedades dieléctricas, debido a esto, tiene poco uso práctico en dispositivos electrónicos. Sin embargo, si se varía la estequiometría de este material o se introducen impurezas, puede presentar propiedades semiconductoras, que dependen principalmente de la densidad de defectos puntuales, y de la cantidad de impurezas presentes en el material [13]. El óxido de titanio puede ser sintetizado mediante el método sol-gel, que es una técnica que consiste básicamente en la formación de redes sólidas tridimensionales compuestas por elementos inorgánicos, que se obtienen mediante reacciones químicas de hidrólisis y condensación. El TiO2, presenta principalmente tres formas polimórficas: brookita (romboédrica), rutilo y anatasa (ambas tetragonales) [14-15].
El TiO2 es usado en gran escala a nivel industrial, principalmente como adsorbente y pigmento. En relación a sus aplicaciones dentro de la catálisis, el TiO2 ha sido ampliamente estudiado en reacciones de descomposición fotocatalítica de contaminantes orgánicos tanto en corrientes de agua como en aire [4-5]. Sin embargo, el polvo convencional de TiO2 tiene importantes desventajas, una es que se necesita un proceso de separación del polvo utilizado en agua; otra importante desventaja es que se presenta una caída de presión si se utilizan lechos grandes de fotocatalizadores en un reactor donde se tiene un efluente gaseoso [17].
En 1972, Fujishima y Honda [16], descubrieron la descomposición fotocatalítica del H2O en electrodos de TiO2. Este descubrimiento marcó el inicio de una nueva era en la fotocatálisis heterogénea y, desde entonces, se han realizado grandes esfuerzos para entender los procesos fundamentales y en mejorar la eficiencia fotocatalítica.
La fotocatálisis heterogénea se ha enfocado a la limpieza y conservación del medioambiente para la degradación total de compuestos orgánicos presentes en aguas residuales y aire contaminado debido a las propiedades fotocatalíticas que presenta el TiO2 [17-18].

DIOXIDO DE CERIO (CEO2)

El cerio es la única especie tetrapositiva de los lantánidos suficientemente estable como para existir en solución acuosa y también en compuestos sólidos [13].
Uno de los compuestos binarios del cerio (IV) es el dióxido que tiene la capacidad de absorber luz ultravioleta [14-15], almacenar oxígeno y alta capacidad de oxidación [15-16]. Tales propiedades lo ha hecho un material muy importante en la fabricación de convertidores catalíticos para automóviles ya que puede reducir los óxidos de nitrógeno y oxidar el monóxido de carbono al mismo tiempo [17].
Estas propiedades las atribuyen a dos razones: bajo potencial redox entre Ce3+ y Ce4+, y su estructura [18-20].

PROPIEDADES CRISTALINAS

El CeO2 se presenta en la naturaleza como cerianita. La cerianita tiene celda unitaria cúbica. 
El uso del CeO2 es limitado debido a sus propiedades texturales poco adecuadas: área específica y estabilidad térmica bajas [13]. Sin embargo, de acuerdo a diferentes reportes escritos, el CeO2 ha sido ampliamente usado en la fabricación de convertidores catalíticos para la purificación de los gases de escape en vehículos, esto es debido a que mejora la dispersión de los componentes activos del catalizador y estabiliza térmicamente el soporte además de su habilidad de almacenar oxígeno [12]. Tales propiedades lo han hecho un material muy importante, ya que puede ser utilizado en reacciones donde existan variaciones de oxígeno para mejorar la oxidación de CO e hidrocarburos, así como la eliminación de contaminantes NOx y SOx al mismo tiempo [15-21].


BIBLIOGRAFÍA


[1] Rodríguez Fernández, A., Letón García, P., Rosal García, R., Dorado Valiño, M., Villar Fernández, S., & Sanz García, J. M. (2006). Tratamientos avanzados de aguas residuales industriales. Madrid: Elecé Industria Gráfica.
[2] Andreozzi, R.; Caprio, V.; Insola, A.; Marotta, R. (1999). Advanced oxidation processes (AOP) for water purification and recovery, Catal. Today,53 (1), 51-59.
[3] Shaoxia, Y., Wanpeng, Z., Jianbing, W., & Zhengxiong, C. (2008). Catalytic wet air oxidation of phenol over CeO2-TiO2 catalyst in the batch reactor and the packed-bed reactor. Journal of hazardous materials , 1248-1253.
[4] Hocevar, S; Krašovec, U, O; Orel, B; Antonino, S, A;  Kimd, H.“CWO of phenol on two differently prepared CuO–CeO2 catalysts” Applied Catalysis B: Environmental 28 (2000) 113–125
[5] Jackson, R. B., Carpenter, S. R., Dahm, C. N., McKnight, D. M., Naiman, R. J., Postel, S. L., y otros. (s.f.). Water in a Changing World. Obtenido de http://www.epa.gov/watertrain/step9esa.html
[6] Turner, R. K., Pearce, D., & Bateman, I. (1993). Environmental Economics. The Johns Hopkins University, 93.
[7] Freeman, H. (1998). Standard handbook of hazardous waste treatment and disposal. New York: McGraw-Hill.
[8] Morrone, M., & Lohner, T. (2002). Incinerator Toxic Emissions: A Brief Summary of Human Health Effects with a Note on Regulatory Control.Westport: Greenwood Publishing Group.
[9] Li, N., Descorme, C., & Besson, M. (2008). Application of CeZRPrO-supported noble metal catalysts in the catalytic wet air oxidation of 2-chlorophenol: influence of the reaction conditions. El Seiver, 237-247.
[10] Quintanilla, A., Menéndez, N., Tornero, J., Casas, J. A., & Rodríguez, J. J. (2008). Surface modification of carbon-supported iron catalyst during the wet air oxidation of phenol: Influence on activity, selectivity and stability. El Seiver, 105-114.
[11] Antonio R., Pedro L., Roberto R., Miriam D., Susana V., Juana M., (2006). Tratamientos avanzados de aguas residuales industriales. Comunidad de Madrid.

[12] Kasprzyk-Horden, B., Andrzejewski, Dabrowska, A., czaczyk, K. y Nawrocki, J. MTBE, DIPE, ETBE and TAME degradation in water using perfluorinated phase as catalysts for ozonation process. Applied Catalysis b: Environmental, 51-66 (2004)

[13] Anderson, M. Removal of MTBE and Other Organic Contaminants From Water by Sorption to High Silica Zeolitas. Environmtal Science and Technology 34 (4), 725-727 (2000).

[15] Dewsbury P., S, D. Lerner Environ. Sci. Technol, 37,1392 (2003).

[16] E. Sánchez, Síntesis y caracterización de Tio2, tesis de maestría, UAMI (1990).

[17] H. Al.Ekabi, Eds Photocatalytic Purification and Treatment of Water And Air, Elsevier, Amsterdam, (1993).

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