En l'actualitat s'està donant un canvi de mentalitat, tant social com polític o econòmic, per a la millora dels aspectes mediambientals. Així aquest canvi es pot començar a veure en diferents aspectes socials com són les formacions de les plataformes Agenda 21, en aspectes polítics com pot ser la participació en el Fòrum de les Cultures 2004 o en àmbits empresarials amb la creació de normatives ISO en temes de gestió mediambiental, com és la norma 14001.És per aquest motiu que les aplicacions científic-tecnològiques en aspectes de neteja, depuració d'aigües o obtenció d'energies més netes, estan tenint un increment molt important. De totes elles la fotocatàlisi heterogènia sembla que és la que té un futur més prometedor. Aquesta tecnologia es fonamenta en l'aprofitament de la llum solar per a produir reaccions d'oxidació i reducció. Les reaccions d'oxidació són aprofitades per a degradar contaminants orgànics i les de reducció són aprofitades per a la reducció de protons a hidrogen. El problema que presenta aquesta tecnologia és que es fonamenta en l'aprofitament de la llum UV, que representa només el 8% de la llum solar total. Aquest percentatge no permet una aplicació industrial prou rendible.En aquest treball s'ha realitzat una recerca de materials idonis per a la fotocatàlisi, trobant que el material amb les característiques fotocatalítiques més idònies és el TiO2 en la seva forma cristal·lina anatasa. Encara que aquest material es prepara majoritàriament en forma de pols, presenta un problema a posteriori dels processos de catàlisi, que és la seva recuperació. Per a aquest motiu s'han sintetitzat capes primes de TiO2 sobre substrats de vidre i quars mitjançant la tècnica MOCVD. En aquest treball s'han trobat les millors condicions de preparació per tal d'obtenir una resposta fotocatalitica major.Paral·lelament a l'optimització de les condicions de síntesis s'han realitzat estudis teòrics per comprovar els efectes del dopatge en el TiO2. La creació de vacants d'oxigen en l'estructura cristal·lina aconsegueix la formació d'una semibanda semiocupada propera a la banda de conducció. Això permet la promoció d'electrons d'aquesta semibanda a altres amb una energia menor que la del gap, permetent l'excitació a longituds d'ona dins de la regió del visible.Els experiments realitzats amb aquest tipus de material dipositat sobre vidre i quars per MOCVD, demostren aquesta absorció dins de la regió del visible. Aquestes dades d'absorció són confirmades amb les obtingudes amb la tècnica de fotoconductivitat. Les aplicacions industrials que pot presentar aquest material, sota radiació visible, són nombroses. En aquest cas s'ha provat la fotodegradació de nonilfenols i dioxines. Aquestes dues substàncies estan catalogades per les autoritats nord-americanes i europees com dues de les substàncies més tòxiques presents en el mediambient. Per al cas de la fotodegradació de nonilfenols s'ha aconseguit una degradació del 98% d'aquest en 30 minuts En ambdós casos, la fotodegradació de nonilfenols i dioxines, s'ha demostrat que aquesta s'aconsegueix sense la formació d'intermitjos de major toxicitat. Les proves de fotodegradació amb catalitzador de TiO2 estequiomètric sota radiació visible ha demostrat una nul·la activitat. / En la actualidad se está dando un cambio de mentalidad, tanto en lo social como en lo político y en lo económico, para la mejora de aspectos medioambientales. Esto se traduce en la formación de Agendas 21 locales, participación política, como en el Forum 2004 de Barcelona o la creación de normas ISO medioambientales por parte del empresariado. Por este motivo las aplicaciones científico tecnológicas, en aspectos como limpiezas, depuración u obtención de energías más limpias, están teniendo un incremento más que destacable. De todas ellas la fotocatálisis heterogenia parece tener un futuro más prometedor. Esta tecnología se fundamenta en el aprovechamiento de la luz solar para producir reacciones redox. Las reacciones de oxidación son aprovechadas para degradar contaminantes orgánicos y las de reducción para la obtención de hidrogeno a partir de los protones. El problema que presenta esta tecnología es que se fundamenta en el aprovechamiento de la radiación UV, que representa sólo el 8% de la luz solar total. Este porcentaje no permite una aplicación industrial rentable.En este trabajo se ha realizado una búsqueda de materiales idóneos para la fotocatálisis, encontrando que el material que presenta las mejores características es el TiO2 en su forma cristalina anatasa. Aunque este material se prepara, en su gran mayoría, en forma de polvo, presenta un problema a posteriori a los procesos de catálisis, que es su recuperación. Por este motivo se han sintetizado capas delgadas de TiO2 sobre sustratos de vidrio y cuarzo mediante la técnica MOCVD. En este trabajo se han encontrado las mejores condiciones de preparación para obtener la mejor respuesta fotocatalítica. Paralelamente a la optimización de las condiciones de síntesis se han realizado estudios teóricos para comprobar los efectos del dopaje en el TiO2. La creación de vacantes de oxigeno en la estructura cristalina consigue la formación de una semibanda semiocupada cercana a la banda de conducción. Esto permite la promoción de electrones de esta semibanda a otras con una energía menor a la del gap, permitiendo la excitación a longitudes de onda dentro de la región del visible.Los experimentos con este tipo de material demuestran una absorción óptica en la región del visible. Estos datos vienen confirmados por los obtenidos por fotoconductividad.Las aplicaciones industriales que presenta este material bajo radiación visible son numerosas. En este caso se ha probado la fotodegradación de nonilfenol y dioxinas. / Nowadays, new environment requirements have produced a change in people social, political and economical mentality. Those changes are visible and reflected in social activities like local forum discussions organization such as Agenda 21, or the Forum Barcelona 2004, but also economical like the ISO14001 implementation.These are one of the reasons why, new scientific and technological efforts in waste water treatments or less contaminant energies processes are growing up. From all of them, one of the most promising processes is the heterogeneous photocatalysis because it can be use as degradation process but also to produce hydrogen which is the most promising energetic vector. This technology is based on the use of the light to produce redox reactions. Oxidation reactions are useful to degrade organic compounds and reduction reactions are able to obtain hydrogen from protons. The most important limitation of the photocatalysis is that standard catalysers require UV light as energy source. This kind of radiation represents only the 8% of the total energy from the sun. This low reaction yield makes this technique un-attractive to the industry.In the present work, TiO2, in its anatase form has been prepared as thin film by the MOCVD technique and its degradation properties have been characterised. In parallel to this work, theoretical studies have confirmed the effects of TiO2 auto-doping on the energy band-gap variation. Oxygen vacancies in the crystal structure have been found to produce the formation of a semi-occupied band next to the conduction band. This phenomenon permits electrons excitations by applying a radiation in the visible range.Optical measurements have confirmed the absorption in the visible range (about 500 nm) for understoichiometric TiO2-x thin films due to electron transitions from the new band. These values are confirmed by photoconductivity measurements.The film growth parameters have been studied in order to optimize the thickness, roughness, and composition to obtain the highest degradation activity in the visible range, obtaining an increase of 10% in the photodegradation rate. AFM studies have allowed to know how affect the growth to the surface and photodegradation rate. Photodegradation of nonylphenols and dioxins, which are classified as one of the most hazardous substances present in the environment for US and European authorities, have been tested using visible light. TiO2 films with no oxygen understoichiometry did no show photodegradation in the visible range.In the case of nonylphenol, the photodegradation reaction shows a 98% yield after 30 minutes. For dioxins, in the same time, was obtained a 40% yield of degradation. In both cases, no hazardous by-products were formed after catalytical degradation.

Les activitats de recerca destinades a la solució dels problemes de contaminació de les aigües estan patint un fort increment en els darrers anys. Entre les indústries més contaminants, cal esmentar la tèxtil i la paperera, i més concretament, els efluents provinents d´etapes deblanqueig. Quan els tractaments biològics convencionals d'aquests efluents contaminants no són efectius, la utilització de tecnologies emergents, tals com els processos d´oxidació avançada (AOP´s), basats en la formació in situ de radicals hidroxil, es mostra adient. Amb l´objectiu de provar la viabilitat de tractar efluents contaminants amb el radical hidroxil, vàrem triar l´ozonització i la fotocatàlisi per abordar efluents de blanqueig de pastes papereres generats en el laboratori. Aquesta prova mostrà que la fotocatàlisi pot reduir eficientment el contingut de carrega orgànica tot seguint una equació cinètica de Langmuir-Hinshelwood. A més, la combinació simultània de fotocatàlisi i ozonització produí un efecte sinèrgic que millorava el rendiment respecte al cas d´aplicar ambdós AOP´s de manera seqüencial.Tot i assumint que el radical hidroxil era l´oxidant adequat, planificàrem un extens estudi, fent servir aigües residuals industrials i distints AOP´s. La disminució del TOC i el cost en el tractament varen ésser els paràmetres contrastats en els distints estudis, amb l´objectiu de descobrir els principals avantatges i inconvenients de cada procés. El procés d´ozonització requeria disminuir el seu cost. La presència d´ions ferro en el procés ozó/UVA va aconseguir la reducció d´un 90% de TOC conjuntament amb una disminució del 15% en el cost. L´ús seqüencial de tractaments genera millors resultats (addició de ferro amb o sense llum, seguit per una etapa d´ozonització). Conclusions similars es varen obtenir en treballar amb una matriu sintètica de 2,4-diclorfenol (compost trobat usualment en els efluents de blanqueix de pasta de paper).Referent a la fotocatàlisi, s´ha posat de manifest la necessitat d´utilitzar una font de llum potent i/o la millora de l´eficiència de la llum incident en el catalitzador de TiO2. En aquest sentit vàrem provar dues vies: (a) la utilització d´un nou muntatge experimental amb una font de llum de 125 W. Determinacions d´AOX, toxicitat aguda, fenols i de GC-MS ens van portar a concloure que els compostos orgànics de clor eren eliminats eficientment en l´aigua residual. (b) la utilització de guies d'ones recobertes de TiO2. Solució que permet augmentar l´eficiència amb la que el catalitzador aprofita la llum incident per tal de millorar el disseny de reactors fotocatalitics.L´últim procés provat, el reactiu Fenton, en presència de llum solar o artificial, es va aplicar a la degradació d´efluents de blanqueig tèxtils o paperers. La degradació del contingut de càrrega orgànica d'aquests effluents s´assolia preferentment a pH = 3. El primer estudi es realitzà sobre un efluent de blanqueig de pastes de paper. La funció aproximada del sistema, estimada a partir del disseny experimental, mostrà que concentracions inicials inadequades de reactiu Fenton afectaven negativament al procés, a causa de reaccions competitives entre aquest i altres espècies oxidatives. Així mateix, la temperatura augmentà clarament les velocitats de la reacció, inclús sense presència de radiació. La millora en la disminució del TOC és particularment significativa quan les proporcions de reactiu Fenton són inadequades (en passar de 25 ºC a 40 ºC es pot aconseguir una reducció en el cost de l´ordre del 80%). Per altre banda, la llum solar aconsegueix reduir fins un 70 % el cost total d'un tractament de dues hores de durada. L'anàlisi de GC-MS constata l´eliminació dels compostos clorfenòlics. Un segon estudi sobre un efluent tèxtil corroborà la gran importància de la temperatura i de la presència de llum solar. En resum, tots els AOP´s provats mostren, sota condicions experimentals adequades, la capacitat de degradació del contingut orgànic present en efluents de blanqueig procedents d´indústries papereres i tèxtils. / There is an ever increasing amount of research activities especially devoted to the solution of water pollution problems.The pulp and textile industries are considered to be some of the largest polluters of all industries. The biggest problem with those industries consists in the polluted effluents discharged during the bleaching process because conventional biological treatments are not effective in treating these toxic pollutants. In these cases, the emerging technologies called Advanced Oxidation Processes (AOPs) represent an attempt to mineralize the contaminants by the in situ formation of hydroxyl radicals.In order to determine the effectiveness of treating effluents with the hydroxyl radical we chose the photocatalytic and ozonation processes to treat bleaching pulp effluents generated in the laboratory. Our results demonstrated that the photocatalytic process could efficiently reduce the organic content in accordance with the Langmuir-Hinshelwood kinetic equation. Moreover, simultaneously combining photocatalysis and ozonation provided a synergistic effect that was superior in performance to that of applying the photocatalysis and ozonation processes sequentially.Our tests with laboratory bleaching pulp effluents assumed that the hydroxyl radical was the proper oxidant to be use. An extensive study was undertaken using industrial wastewaters and different AOPs. TOC decay and treatment costs were the operative variables compared in the study in order to discover the benefits and shortcomings of each process.It is imperative that the ozonation process decreases the treatment costs. The addition of iron ions to bleaching mill wastewater undergoing ozone/UVA treatment resulted in high rates of TOC removal (90%) and in a significant cost reduction (15%). Additionally, sequential processing (stirred iron, with or without light irradiation, followed by an ozonation stage) led to even better results. Similar results were obtained on the synthetic sample of 2,4-dichlorophenol (a compound typically found in paper pulp bleaching effluents) investigated. We noticed that the photocatalytic process requires either a powerful light source or an improvement of the light utilization efficiency of the TiO2 catalyst, or maybe both, to be most effective. We tested two strategies: (a) A new experimental setup that used a high power light (125 W) to accelerate the reaction rate. AOX, acute toxicity, phenol and a GC-MS analysis led us to conclude that the chlorine organic compounds were efficiently eliminated from the treated wastewater. (b) The second approach consisted in using titanium dioxide (TiO2)-coated waveguides. This approach increases the light utilization efficiency of the TiO2 catalyst with the aim of improve the reactor's design.The last process that was tested involved the addition of Fenton reagent to the bleaching pulp and textile effluents in conjunction with either artificial or solar light The degradation of the organic contents was successfully performed at pH = 3.The first study was performed on bleaching pulp effluent. The approximate function of the system, as assessed by the experimental design, showed that initial non-optimum concentrations of the Fenton reagent were detrimental to the process because of competitive reactions of the Fenton reagent with oxidative species. On the other hand, temperature markedly increased the reaction rates, even without light irradiation. The improvement in TOC removal was particularly significant when the reagent ratios were not optimal. A decrease in cost around 80% is possible by just increasing the temperature from 25ºC to 40ºC. Moreover, solar light reduced the total cost of a two hour treatment by up to 70 % and efficiently removed the chlorophenolic compounds as shown by GC-MS analysis.The second study performed on textile wastewater corroborates the importance of the temperature parameter and the utility of solar energy. In summary, all AOPs tested displayed the capability to degrade the organic components of bleaching Kraft mill and textile mill effluents under suitable experimental conditions.