Modelo cinético para la degradación fotoelectrocatalítica del tinte rojo reactivo 239 en aguas textiles mediante óxido de zinc nanoestructurado

Abstract

Esta tesis de maestría tuvo como objetivo general desarrollar un modelo cinético para la degradación fotoelectrocatalítica del tinte rojo reactivo 239 (RR239) mediante un semiconductor basado en óxido de zinc decorado con plata ZnO/Ag, para su aplicación en la remediación de efluentes textiles. Se realizó la síntesis de nanobarras de ZnO/Ag con la técnica de electrodeposición y posterior crecimiento químico. Se utilizaron técnicas electroquímicas y espectroscopia UV-Vis de reflectancia difusa para la estimación del ancho de banda prohibido, y la estructura de bandas del semiconductor. Mediante FE-SEM se verifico la morfología del semiconductor corroborando que si se logró la síntesis de nanobarras, con longitudes de $\sim$ 565 y 664 nm para el ZnO y ZnO/Ag respectivamente. Con DRX se estimó el tamaño del cristalito de 22,4 nm para el ZnO prístino y 36,9 nm para el ZnO/Ag}, se estimó también los planos preferenciales (100), (002) y (101) típicos de la fase hexagonal tipo wurtzita del ZnO. Por UPLC-MS/MS-QTOF se evidenció la ruptura del enlace azoico y la degradación a productos más simples, permitiendo elucidar un mecanismo de reacción. Se encontró que la degradación del colorante rojo reactivo 239 (RR239) mediante el semiconductor de ZnO/Ag sigue una cinética de segundo orden, esta cinética desarrollada está en función de la intensidad de luz UV a 365nm y el flujo de oxígeno. Los resultados muestran la eficiencia de la eliminación de COT y sugieren que es factible aplicar la oxidación fotocatalítica de compuestos orgánicos usando fotoelectrocatálisis basados en ZnO/Ag. (texto tomado de la fuente)

This master's thesis had as its general objective the development of a kinetic model for the photoelectrocatalytic degradation of reactive red 239 dye (RR239) using a semiconductor based on zinc oxide decorated with silver (ZnO/Ag), for its application in the remediation of textile effluents. The synthesis of ZnO/Ag nanorods was carried out using electrodeposition and subsequent chemical growth techniques. Electrochemical techniques and diffuse reflectance UV-Vis spectroscopy were used to estimate the band gap and band structure of the semiconductor. The morphology of the semiconductor was verified by FE-SEM, confirming the successful synthesis of nanorods with lengths of approximately 565 and 664 nm for ZnO and ZnO/Ag, respectively. The crystallite size was estimated by XRD to be 22.4 nm for pristine ZnO and 36.9 nm for ZnO/Ag, and the preferred planes (100), (002), and (101) typical of the hexagonal wurtzite phase of ZnO were also estimated. UPLC-MS/MS-QTOF was used to demonstrate the cleavage of the azo bond and the degradation to simpler products, allowing for the elucidation of a reaction mechanism. It was found that the degradation of RR239 dye using ZnO/Ag semiconductor follows a second-order kinetics, which is dependent on the UV light intensity at 365 nm and the flow of oxygen. The results demonstrate the efficiency of COD removal and suggest that photodegradation of organic compounds using ZnO/Ag-based photoelectrocatalysis is feasible.