Optimización de la reología de componentes fotocatalíticos para aplicaciones avanzadas en elementos de fachada

Abstract

This thesis discusses the development of a new methodology for 3D printing of TiO2 nanoparticles and its applications in air purification and hydrogen production. A dosage has been obtained that allows 3D printing by DIW (Direct Ink Writing), based on chemical sintering. For this, it requires a paste of high acidity, together with a thermal post-treatment with a minimum temperature of 150°C, without the need for the use of binders. In this way prints are obtained, whose structure is formed exclusively by TiO2 nanoparticles joined by oxygen bridges. The prints obtained by means of this methodology, present a high photocatalytic activity, showing a great photooxidation capacity for acetaldehyde. In addition, through different combinations of acid and post-treatment temperature, modifications in the reaction mechanisms can be obtained, allowing a greater adaptability to other compounds to be degraded. The lower process limitations and reduction of the temperature of the post-treatment compared to previous methodologies, have allowed the incorporation of the titania 3D prints to the surface of different construction materials, such as glass, aluminium or cementitious materials. In this way, a new photocatalytic façade concept is obtained, which presents an increase in photocatalytic activity compared to other previously developed solutions. Finally, the incorporation of preformed gold nanoparticles on the titania prints has been studied, with satisfactory results in the production of hydrogen through the photoreforming of ethanol.

Esta tesis trata sobre el desarrollo de una nueva metodología para la impresión 3D de nanopartículas de TiO2 y sus aplicaciones en la purificación del aire y la producción de hidrógeno. Se ha obtenido una dosificación que permite la impresión 3D mediante extrusión directa del material, basándose en el sinterizado químico. Para ello, se requiere una pasta de alta acidez, junto con un post-tratamiento térmico con una temperatura mínima de 150°C, sin la necesidad del uso de aglutinantes. De esta forma, se obtienen impresiones cuya estructura está formada exclusivamente por nanopartículas de TiO2 unidas mediante puentes de oxígeno. Las impresiones obtenidas mediante esta metodología, presentan una alta actividad fotocatalítica, mostrando una gran capacidad de fotooxidación de acetaldehído. Además, mediante diferentes combinaciones de ácido y temperatura de post-tratamiento, se pueden obtener modificaciones en los mecanismos de reacción, permitiendo una mayor adaptabilidad a los compuestos que se desean degradar. Las menores limitaciones de proceso y reducción de la temperatura del post-tratamiento respecto a metodologías anteriores, han permitido la incorporación de las impresiones a la superficie de diferentes materiales de construcción como el vidrio, el aluminio o materiales cementíceos. De esta manera, se obtiene un nuevo concepto de fachada fotocatalítica, el cual presenta un incremento de la actividad fotocatalítica respecto a otras soluciones anteriormente desarrolladas. Por último, se ha estudiado la incorporación de nanopartículas preformadas de oro sobre las impresiones de titania, con satisfactorios resultados en la producción de hidrógeno mediante el fotoreformado de etanol

[Euskal] Tesi honetan, TiO2 nanopartikulen 3Dko inprimaketaren metodologia berri bat garatu da. Gainera, airearen arazketan eta hidrogenoa ekoizpenean duten aplikazioa aztertu dira. Dosifikazio bat lortu da, materialen estrusio zuzenaren bitartez, 3D inprimaketa ahalbidetzen duena. Hau, sinterizazio kimikoan dago oinarrituta, aglutinatzaileak erabiltzeko beharrik gabe. Horretarako, azidotasun handiko pasta bat beharrezkoa da, baita gutxieneko 150°C-ko tenperaturarekin tratamendu termikoa ere. Modu honetan, 3Dko inprimaketak lortzen dira, oxigenozko zubien bitartez lotzen diren TiO2 nanopartikulez osatuak. Metodologia honen bitartez lortutako inpresioek jarduera fotokatalitiko handia aurkezten dute, azetaldehidoaren fotooxidaziorako gaitasun handia erakutsiz. Horretaz gain, azido eta post-tratamenduko tenperaturaren konbinazio desberdinen bidez, erreakzio mekanismoetan aldaketak lor daitezke, degradatu beharreko konposatuei moldagarritasun handiagoa ahalbidetuz. Aurrez garatutako metodologiekin alderatuta, prozesuaren mugak murrizteak eta post-tratamenduaren gutxieneko tenperatura jaisteak, eraikuntzako material desberdinen gainazaletan inpresioak sartzea ahalbidetu du, hala nola, beira, aluminioa edo porlanezko materialak. Horrela, eraikinen azal fotokatalitikoen kontzeptu berri bat lortzen da, askoz jarduera fotokatalitiko handiagoa duena aurrez garatutako irtenbideekin alderatuta. Azkenik, titanio dioxidozko inpresioetan aurrez eratutako urrezko nanopartikulak sartzea aztertu da, etanolaren argi-erreformaketaren bidez hidrogenoa ekoizteko emaitza onak lortuz