Porous ceramic supported TiO2 nanoparticles: Enhanced photocatalytic activity for Rhodamine B degradation

Abstract

Photocatalytic processes are an efficient and important technique to mineralize organic contaminants in aqueous effluents. However, it is paramount that there is a way to recover the catalyst after degradation. Based on this problem, this research seeks to evaluate the photocatalytic properties of TiO2 under porous ceramics support for the degradation of Rhodamine B (RhB). TiO2 was synthesized by sol-gel, dried at 100 °C and calcined at 400 °C. The morphological, optical and structural proprieties of the particles were characterized. The XRD patterns of samples calcined at 400 °C showed only the anatase phase, confirmed by Raman. Not heat-treated xerogel was amorphous. The agglomerates are composed of fine particles, in the nanometric scale of 15 nm. The bandgap of the powder is 3.21 eV, and the surface area is 60.1 m2 g−1. To evaluate its photocatalytic activity, the anatase TiO2 was supported in a porous ceramic substrate by a dip-coating process. The heterogeneous photocatalysis showed excellent results, with the degradation of up to 83% of RhB. It was possible obtained with successful an efficient technique for the treatment of wastewater with Anatase nanoparticles supported in the ceramic support obtained from of reuse of the residues. Resumen: Los procesos fotocatalíticos son técnicas eficientes para la mineralización de contaminantes orgánicos en efluentes acuosos. Sin embargo, es fundamental que haya una forma de recuperar el catalizador después de la degradación. En base a este problema, esta investigación busca evaluar las propiedades fotocatalíticas del dióxido de titanio (TiO2) bajo el soporte de cerámica porosa para la degradación de la rodamina B (RhB). El TiO2 se sintetizó mediante sol-gel, se secó a 100 °C y se calcinó a 400 °C. Se caracterizaron las propiedades morfológicas, ópticas y estructurales de las partículas. Los patrones DRX de las muestras calcinadas a 400 °C mostraron solo la fase anatasa, confirmada por Raman. El xerogel no tratado térmicamente era amorfo. Los aglomerados están compuestos de partículas finas, en la escala de 15 nm. El intervalo de banda es de 3,21 eV, y el área de superficie es de 60,1 m2.g−1. Para evaluar la actividad fotocatalítica, se recubrió un sustrato cerámico poroso mediante el proceso de recubrimiento por inmersión. La fotocatálisis heterogénea mostró excelentes resultados, con la degradación de hasta el 83% de la RhB. Fue posible obtener con éxito una técnica eficiente para el tratamiento de aguas residuales con nanopartículas de anatasa soportadas en el soporte cerámico obtenido de la reutilización de los residuos.

Keywords

• Fotocatálisis heterogénea
• Nanopartículas de TiO2
• Rodamina B
• Cerámica porosa