Influencia de los agentes de sacrificio en la producción de H2 mediante descomposición fotocatalítica de agua con Pt/TiO2

Abstract

Este proyecto corresponde a la continuación de otras investigaciones llevadas a cabo en la Universidad Rey Juan Carlos, concretamente en el departamento de Ingeniería Química y Ambiental en torno a la producción de hidrógeno. Se trata de estudiar y mejorar la producción de hidrógeno mediante descomposición fotocatalítica de agua usando dióxido de titanio dopado con platino (Pt). Para la obtención de hidrógeno se puede recurrir a diferentes métodos de obtención, en este proyecto se estudia la descomposición fotocatalítica del agua utilizando semiconductores tipo N, en nuestro caso TiO2 como fotocatalizador. Para activar el fotocatalizador es necesaria una fuente externa de radiación, ésta es una de las ventajas de este método de producción, ya que, pretende utilizar la luz del Sol obteniéndose, por tanto, hidrógeno mediante un método rentable y limpio. En cuanto al uso de un fotocatalizador, se ha seleccionado el TiO2 porque es el más comúnmente utilizado en los procesos de descomposición de agua debido a su bajo coste y a que resulta más eficaz que otros semiconductores de características similares. Uno de los inconvenientes que presenta es que tiene un bajo rendimiento utilizando luz visible, por eso, para aumentar su rendimiento se recurre al uso de luz ultravioleta aunque supone un gasto de energía externa. Para aumentar la eficacia del dióxido de titanio (TiO2) y, por tanto, la producción de hidrogeno, se recurre al dopado con metales, en este caso, se utiliza el platino (Pt) cuya impregnación es realizada por fotodeposición, debido a que en investigaciones anteriores se ha concluido que de esta forma se obtiene su mayor eficacia. En este proyecto se ha estudiado la utilización de agentes de sacrificio para conseguir un aumento del rendimiento en la producción de hidrógeno actuando como dadores de electrones. Se ha investigado la producción de hidrógeno con diferentes agentes de sacrificio; se ha utilizado metanol (MeOH), glicerina (C3H8O3) y el par yoduro/yodato (I-/IO3 -) como agentes de sacrificio modificando sus concentraciones para obtener el máximo rendimiento de cada uno de estos agentes. De los agentes de sacrificio empleados, es el metanol con el que se obtiene mayor producción de hidrógeno, siendo el par ioduro/Iodato con el que menores resultados se obtienen. Tanto con el metanol como con la glicerina se obtiene dióxido de carbono aunque en pequeñas cantidades. Al centrarse en el metanol, cuanto mayor porcentaje de metanol utilizado, mayor es la producción de hidrógeno, sin embargo, las diferencias entre la producción de hidrógeno y el porcentaje de metanol utilizado llevan a que el porcentaje considerado como óptimo en esta investigación sea un 20%. Al estudiar el mecanismo de reacción considerado para la descomposición fotocatalítica de agua utilizando metanol, se ha observado mediante distintos análisis la formación de intermedios de reacción como formaldehido y ácido fórmico, así como también, subproductos de reacción como el dióxido de carbono. Mediante los análisis por cromatografía de gases, espectoscopía UV-visible y cromatografía de gases, se han cuantificado dichos intermedios de reacción y subproductos. En cuanto a la glicerina, inicialmente se esperaban resultados similares al metanol, sin embargo, la producción de hidrógeno ha sido más baja. La causa de esto podría deberse al gran tamaño de la molécula que estaría impidiendo la fotocatálisis. Los ensayos realizados con el par ioduro/iodato muestran baja producción de hidrógeno, una de las causas puede ser la competición entre los H+ y el iodato en la fotorreducción. Otro de los factores que se han estudiado en este proyecto es la fotodeposición del platino. Tanto para el metanol como para la glicerina, se ha depositado todo el platino añadido inicialmente. Sin embargo, en el caso del par ioduro/Iodato solo se ha depositado un 0,2% en peso del 0,5% inicialmente añadido. Esta puede ser otra de las razones del bajo rendimiento del ioduro como agente de sacrificio. A partir de los resultados obtenidos, se puede concluir que la producción de hidrógeno mediante descomposición fotocatalítica de agua resulta un método muy atractivo pero con algunos factores que todavía requieren estudio para aumentar la eficiencia del método.