Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la fotosíntesis artificial, como la fotorreducción de dióxido de carbono al metano. La tecnología de concentración no sólo puede aumentar la intensidad de la luz, sino también reducir la cantidad del catalizador, así como el volumen del reactor, al tiempo que aumenta la temperatura de reacción, aumentando así la tasa de reacción de fotorreducción. Aunque este método puede proporcionar información sobre la reducción fotocatalítica del dióxido de carbono, también se puede aplicar a otros sistemas como la concentración de la energía solar y el tratamiento de aguas residuales.
Para preparar el dióxido de titanio por anodización disolver 0,3 gramos de fluoruro de amonio y dos mililitros de agua en 100 mililitros de glicol en un vaso de precipitados de 200 mililitros con un agitador para formar el electrolito. Coloque el vaso de precipitados con el electrolito en un baño de agua de 45 grados centígrados. Recortar la lámina de titanio con tijeras a 25 por 25 milímetros y luego pulir la superficie de la lámina de titanio con un papel de arena de malla 7000 para eliminar las impurezas de la superficie.
Sumerja la lámina de titanio en un matraz volumétrico que contenga 15 mililitros de etanol y luego un matraz con 15 mililitros de acetona. Ahora trate la lámina durante 15 minutos con un limpiador ultrasónico. Saque la lámina de titanio, enjuáguela de tres a cinco veces con el agua ionizada y colóquela en un matraz volumétrico que contenga 20 mililitros de etanol.
Prepare la solución de pulido en un vaso de precipitados de 100 mililitros como se describe en el protocolo de texto. Ahora retire la lámina de titanio del matraz de etanol, enjuáguela tres veces con el agua ionizada y colóela en la solución de pulido durante dos a ti minutos. Retire la lámina de titanio y lávela con el agua ionizada tres veces más.
Utilice un clip de caimán anoides para sujetar la lámina de titanio pretratada y un clip de cátodo para sostener una lámina de platino. Coloque las dos láminas cara a cara en el electrolito a una distancia de dos centímetros entre sí. Encienda la fuente de alimentación de corriente estabilizada de corriente directa, ajuste el voltaje a 50 voltios y electrolice durante 30 minutos.
Después de que la anodización haya terminado apague la energía y saque la lámina de dióxido de titanio. Sumerja la lámina de titanio en un matraz volumétrico que contenga 15 mililitros de etanol y luego transfiera a un matraz con 15 mililitros de acetona. Trate la lámina de titanio durante 15 minutos con un limpiador ultrasónico.
Después del tratamiento, enjuague la lámina de titanio de tres a cinco veces con el agua ionizada y colóquela en un crisol de 15 mililitros. Ponga el crisol en un horno a 60 grados centígrados durante 12 horas para dejar que la lámina se seque. Una vez seca, calcine la lámina de dióxido de titanio en un horno de muflas bajo 400 grados Celsius durante dos horas con una tasa de calentamiento de dos grados Celsius por minuto.
Para realizar pruebas catalíticas bajo la luz de concentración, limpie el reactor en forma de cilindro inoxidable con el agua ionizada. Luego séquelo en un horno a 60 grados Celsius durante 10 minutos para asegurar que no haya interferencias de otras fuentes de carbono. Después de secar en el horno, añadir dos mililitros de agua, un agitador y un soporte de catalizador al reactor.
Coloque un vaso de cuarzo con vertidos en la parte inferior del soporte y coloque los catalizadores de dióxido de titanio en el centro del vidrio de cuarzo. Ahora coloque el orificio de la copa térmica a través de una abertura en la pared del reactor y en la superficie del catalizador. Agregue una lente Fresno en la parte superior del soporte y selle el reactor con una ventana de vidrio de cuarzo.
Coloque el reactor en el aparato electromagnético y compruebe la estanqueidad del aire con nitrógeno. Alimentar el dióxido de carbono en el reactor a través de un controlador de flujo de masa y vaciar el reactor al menos tres veces para cambiar el gas en el reactor a dióxido de carbono. Coloque la lámpara de xenón dos centímetros directamente por encima del reactor.
Encienda la lámpara de xenón y ajuste su corriente a 15 amperios y luego encienda el interruptor de agitadores magnéticos para iniciar la reacción. Registre el cambio de temperatura en la superficie del catalizador y en el gas. Analizar el producto cada hora utilizando cromatografía de gases equipada con el detector ionizado de llama y una columna capilar para la separación de carbonos hidroeléctricos con de uno a seis carbonos.
Calcular el número de productos por el método de línea estándar externo. Antes de cuantificar el producto construir una curva estándar de metano. Aquí se muestra un dispositivo para concentrar la reducción fotocatalítica del dióxido de carbono.
La caracterización XRD y SEM del catalizador demostró que el catalizador preparado era un nanotubo típico de óxido de titanio. Aquí se muestra el catalizador bajo luz natural. Bajo la luz de concentración el catalizador muestra algo de brillo.
Aquí se muestra el patrón de difracción de rayos X, después de concentrar la irradiación de luz, para revelar los cambios en la estructura cristalina. La cristalinidad se mejora claramente después de la reacción bajo la luz concentradora. El rendimiento del metano se mide bajo luz natural y bajo la luz concentradora.
Las tasas de reacción de metano en diferentes catalizadores mejoraron significativamente en las condiciones de concentración. El pretratamiento del catalizador con gas adecuado aumentaría aún más la tasa de producción de metano. Después de este procedimiento, se pueden realizar otros métodos como la fotocatálisis concentrada bajo la luz solar real con el fin de responder a preguntas de adición como la división fotocatalítica del agua, y la degradación de compuestos orgánicos volátiles bajo la luz solar real.
Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para los investigadores en el campo fotocatalítico cómo mejorar el comportamiento de la fotorreducción de dióxido de carbono en un sistema fotoquímico. No olvide que trabajar con la luz de concentración puede ser extremadamente peligroso y las precauciones como googles siempre deben tomarse durante la realización de este procedimiento.
