Proyecto FOTOGRAFENO. Diseño de un reactor catalítico de alta eficiencia basado en grafeno y óxidos fotocatalíticos dopados para el tratamiento de contaminantes refractarios en aguas.

En el proyecto FOTOGRAFENO se diseñará y fabricará un prototipo de reactor fotocatalítico basado en fotocatalizadores más eficientes. La eficiencia de los fotocatalizadores se mejorará a través de la síntesis de fotocatalizadores basados en nanopartículas de TiO₂ y ZnO dopados con iones metálicos y derivados de grafeno. Este prototipo de reactor se empleará en la degradación de aguas contaminadas de varios sectores industriales: cartonaje, químicos, procesado de metales y tratamiento de aguas residuales.

AIDIMME junto al centro tecnológico AIJU colaboran en el desarrollo del proyecto FOTOGRAFENO, siendo AIDIMME el coordinador. Cada miembro del consorcio se encarga de una parte del proyecto. La tarea de AIDIMME se centra en la síntesis de los fotocatalizadores así como en el diseño del reactor fotocatalítico. La labor de AIJU se centra en la fijación del fotocatalizador sobre monolitos mediante métodos de fabricación aditiva para así producir un reactor con el fotocatalizador inmovilizado. FOTOGRAFENO está financiado por la Generalitat Valenciana a través del Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial y de la Unión Europea a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional.

Fotocatálisis

El reactor que se va a diseñar se basa en el proceso de fotocatálisis. En el proceso de fotocatálisis cuando un fotocatalizador (TiO₂, ZnO, etc.) es irradiado con luz (normalmente ultravioleta), se promueve una transición electrónica de un electrón desde la banda de valencia del fotocatalizador hasta su banda de conducción. En la banda de valencia se genera un hueco como consecuencia de la transición electrónica. Tanto el electrón como el hueco son capaces de reaccionar con especies del medio (oxígeno, agua, etc.) para crear especies oxidantes que son las responsables de la degradación de la materia orgánica en disolución.

Mejoras y novedades respecto a los sistemas tradicionales

• Aumento de la eficiencia de los fotocatalizadores. En el presente proyecto se van a combinar dos estrategias con el fin de aumentar el tiempo de vida del par electrón/hueco. Por una parte se van a emplear derivados de grafeno como soporte de los fotocatalizadores. La conductividad del grafeno va a permitir una deslocalización del electrón sobre su superficie, con lo que se evitará el proceso de recombinación y se aumentará la eficiencia del proceso. Por otra parte, la introducción de dopantes metálicos en forma de iones en la red del fotocatalizador va a aumentar también el tiempo de vida de las especies fotogeneradas.
• Sol-gel como método de síntesis. Para la síntesis de los fotocatalizadores modificados se empleará principalmente la tecnología sol-gel debido a que se obtiene una mejor interacción de los diferentes componentes (grafeno, fotocatalizador, dopante metálico). Mediante este método de síntesis se produce una unión de los diferentes componentes mediante enlaces químicos.
• Aumentar la absorción espectral del catalizador en el visible. El proceso de fotocatálisis solo tiene lugar cuando se aplica una radiación con energía suficiente para producir la transición electrónica. Normalmente, solo la luz ultravioleta es capaz de producir esta transición; por ello los fotocatalizadores solo aprovechan el 5 % del espectro solar. El dopaje mediante iones metálicos y la combinación con grafeno va a permitir desplazar la absorción del fotocatalizador hacia el visible (disminución del bandgap del fotocatalizador). Se aumentará por tanto la eficiencia del proceso fotocatalítico debido a una mayor absorción espectral y se disminuirán los costes de operación.
• Fijación del fotocatalizador. En el presente proyecto de investigación se fijará el fotocatalizador sobre diferentes soportes mediante métodos de fabricación aditiva y también métodos tradicionales. La fijación del fotocatalizador sobre elementos dentro del reactor evitará una etapa de filtración para recuperar el mismo, haciendo por tanto más eficiente el proceso.
• Incorporación de LEDS. Por lo que respecta al diseño del reactor, se prevé la incorporación de LEDs en lugar de tubos fluorescentes como fuente de radiación más eficiente.
• Uso de residuos recuperados como fotocatalizadores. Por otra parte, en el proyecto se va a estudiar el uso de un residuo recuperado de la industria de la transformación de metales no férreos (ZnO), dando por tanto uso a un residuo industrial.

Aplicación

El reactor fotocatalítico desarrollado se empleará en la degradación de aguas industriales contaminadas provenientes de diferentes sectores industriales: cartonaje, químico, procesado de metales y tratamiento de aguas residuales. Diferentes empresas del tejido industrial valenciano colaboran en el proyecto.

Si desea más información contacte con AIDIMME.