Synthesis, characterization and theoretical calculations of ZnTiO3 for the adsorption and photocatalytic removal of Methylene Blue dye

Abstract

Actualment, els nanomaterials han despertat gran interès per a aplicacions ambientals, com la remoció de colorants en aigües residuals. La present tesi va tenir per finalitat, la preparació de materials estructurats amb propietats adsorbents i fotocatalítiques per a la remoció del colorant catiònic blau de metilè (MB) en solucions aquoses. Per a això, inicialment es van recol·lectar i van caracteritzar diverses argiles equatorianes que van ser utilitzades com a suports de fotocatalitzadors preparats a base de zinc i titani. Els fotocatalitzadors ZnTiO3/TiO2, ZnTiO3/TiO2/La i TiO2 (anatasa) van ser sintetitzat mitjançant el mètode sol-gel. Les argiles G-Clay i R-Clay van ser utilitzades com a fonts de matèria primera per a sintetitzar zeolites FAU i LTA, respectivamente, mitjançant fusió alcalina i mètode hidrotermal. Les zeolites es van combinar amb les seves argiles precursores i amb els fotocatalitzadors per preparar pèl·lets que van ser utilitzats amb èxit en proves de remoció de MB en solucions aquoses. Les isotermes experimentals es van ajustar al model de Langmuir i les cinètiques experimentals al model de pseudo-segon ordre, la qual cosa va evidenciar una adsorció de monocapa en una superfície que contenia un nombre infinit de llocs idèntics, mantenint una taxa d'adsorció constant durant el procés

Actualmente, los nanomateriales han despertado gran interés para aplicaciones ambientales, como la remoción de colorantes en aguas residuales. La presente tesis tuvo por finalidad, la preparación de materiales estructurados con propiedades adsorbentes y fotocatalíticas para la remoción del colorante catiónico azul de metileno (MB) en soluciones acuosos. Para ello, inicialmente se recolectaron y caracterizaron varias arcillas ecuatorianas que fueron utilizadas como soportes de fotocatalizadores preparados a base de zinc y titanio. Los fotocatalizadores ZnTiO3/TiO2, ZnTiO3/TiO2/La y TiO2 (fase anatasa) fueron sintetizado mediante el método sol-gel. Las arcillas, G-Clay y R-Clay fueron utilizadas como fuentes de materia prima para sintetizar zeolitas FAU y LTA, respectivamente, mediante fusión alcalina y método hidrotermal. Las zeolitas se combinaron con sus arcillas precursoras y con los fotocatalizadores para preparar pellets que fueron utilizados exitosamente en ensayos de remoción de MB en soluciones acuosas. Las isotermas experimentales se ajustaron al modelo de Langmuir y las cinéticas experimentales al modelo de pseudo-segundo orden, lo cual evidenció una adsorción de monocapa en una superficie que contenía un número infinito de sitios idénticos, manteniendo una tasa de adsorción constante durante el proceso

Currently, nanomaterials have aroused great interest for environmental applications, such as the removal of colorants in wastewater. The purpose of this thesis was the preparation of structured materials with adsorbent and photocatalytic properties for the removal of the cationic methylene blue (MB) dye in aqueous solutions. To do this, initially, several Ecuadorian clays were collected and characterized, which were used as supports for photocatalysts prepared based on zinc and titanium. The photocatalysts ZnTiO3/TiO2, ZnTiO3/TiO2/La and TiO2 (anatase phase) were synthesized by the sol-gel method. G-Clay and R-Clay clays were used as raw material sources to synthesize FAU and LTA zeolites, respectively, by alkaline fusion and hydrothermal method. The zeolites were combined with their precursor clays and with the photocatalysts to prepare pellets that were successfully used in MB removal tests in aqueous solutions. The experimental isotherms were adjusted to the Langmuir model and the experimental kinetics to the pseudo-second-order model, which showed monolayer adsorption on a surface that contained an infinite number of identical sites, maintaining a constant adsorption rate during the process