[EN] The aim of this PhD is to study the search alternatives treatments, based on solar photocatalysis, for detoxification of effluents from metal finishing industry. This type of wastewater contains cyanides and metals, namely copper, what results in a high toxicity and hence, they cannot be discharged without a previous treatment. Different advanced oxidation processes have been studied at laboratory scale using synthetic effluents containing 100 mg/L of free cyanide: solar photocatalysis with TiO2, oxidation with hydrogen peroxide or persulfate and photo-Fenton-like processes with iron, manganese, zonc, silver, cobalt, chromium or copper (in all coses at a pH above 12, which is compatible with the presence of cyanide in solution ). Those treatments involving silver, cobalt and copper were very efficient under the studied experimental conditions. As real effluents contains important amounts of copper, further experiments were performed using this metal. The possible interferences of different anions with the treatment involving copper and peroxide were investigated: carbonate, sulphate, fluoride and nitrate. Its presence has been demenstrated to inhibit the removal of free cyanide, although detoxification is finally achieved. Experiments were scaled up to a pilot plant able to treat 4 liters of real wastewater from a metal finishing factory. The were submitted to the following processes: photocatalysis with titanium dioxide, photo-Fenton-like processes with iron or copper. The efficiency of hydrogen peroxide in the presence of metals already present in the effluent was tested and then, the process was scaled up to 50 L. During the process, removal of total and free cyanide, copper concentration, variation of TC, pH, conductivity and toxicity (inhibition of respiration of activated sludge and luminescence of Vibrio fischeri) were monitored. Assessment of the analyzed parameters showed that best results were reached in a photo-Fenton-like process with copperA complete removal of cyanide is achieved, involving detoxification of the effluent. Final precipitation of copper allows its removal from the effluent by filtration. / [ES] La presente Tesis Doctoral pretende buscar nuevas alternativas basadas en la fotocatálisis solar a los tratamientos existentes para la detoxificación de las aguas procedentes de la industria metalúrgica. Estas aguas contienen cianuro y metales como el cobre que les confiere elevadas toxicidades y hace imprescindible su tratamiento previo a vertido. Se han ensayado diferentes técnicas de oxidación avanzada a escala de laboratorio con aguas modelo que contenían 100 mg/L de cianuro libre: fotocatálisis solar con TiO2, tratamientos con peróxido de hidrógeno y persulfato como oxidantes y procesos tipo foto-Fenton con hierro, manganeso, cinc, plata, cobalto, cromo y cobre (en todos estos casos se ha respetado el pH mayor a 12 para evitar problemas con el cianuro presente en disolución). Los tratamientos con plata, cobalto y cobre se mostraron muy eficaces en las condiciones de trabajo. Puesto que las aguas reales contenían cantidades considerables de cobre como residuo del proceso de fabricación, se dio mayor relevancia a los tratamientos empleando este metal. Se han determinado posibles interferencias en el tratamiento con cobre y peróxido de hidrógeno de aniones presentes comunmente en las aguas: carbonatos, sulfatos, fluoruros y nitratos. Su presencia ralentiza el proceso de eliminación del cianuro libre, aunque finalmente se consigue la detoxificación de las muestras. Se realizaron estudios en planta piloto de 4 litros de aguas reales de empresa de recubrientos metálicos con los siguientes procesos: fotocatálisis con dióxido de titanio, procesos tipo foto-Fenton con cobre o hierro y adición de peróxido de hidrógeno sin más catalizadores. Se determinó la eficacia de la adición de peróxido de hidrógeno al actuar con los metales presentes en las aguas y se escaló el proceso a la planta de 50 litros ubicada en una empresa del sector. Durante el tratamiento se midió la degradación del cianuro libre y total, variación en la concentración del cobre, la evolución del TC, pH, conductividad y toxicidad (inhibición de fangos activos y de la luminiscencia de Vibrio fischeri). El análisis global de los tratamientos aplicados determina que los mejores resultados se obtienen mediante el proceso tipo foto-Fenton con cobre (metal ya presente en las aguas). Se consigue la total degradación del cianuro, con la consiguiente detoxificación de las aguas. La precipitación final del cobre favorece además su eliminación del efluente mediante aplicación de un filtro prensa. / [CA] La present Tesi Doctoral pretén buscar noves alternatives basades en la fotocatálisis solar als tractaments existents per a la detoxificació de les aigües procedents de la indústria metal·lúrgica. Estes aigües contenen cianur i metalls com el coure que els conferix elevades toxicitats i fa imprescindible el seu tractament previ a l'abocament. S'han assajat diferents tècniques d'oxidació avançada a escala de laboratori amb aigües model que contenien 100 mg/L de cianur lliure: fotocatálisis solar amb TiO2, tractaments amb peròxid d' hidrogen i persulfat com a oxidants i processos tipus foto-Fenton amb ferro, manganés, zinc, plata, cobalt, crom i coure (en tots estos casos s'ha respectat el pH major a 12 per a evitar problemes amb el cianur present en dissolució). Els tractaments amb plata, cobalt i coure es van mostrar molt eficaços en les condicions de treball. Ja que les aigües reals contenien quantitats considerables de coure com a residu del procés es va donar major rellevància als tractaments emprant este metall. S'han determinat possibles interferències en el tractament amb coure i peròxid d' hidrogen d' anions presents comunmente en les aigües: carbonats, sulfats, fluorurs i nitrats. La seua presència ralentitza el procés d'eliminació del cianur lliure, encara que finalment s'aconseguix la detoxificación de les mostres. Es van realitzar estudis en planta pilot de 4 litres d' aigües reals d'empresa de recubrients metàl·lics amb els processos següents: fotocatálisis amb diòxid de titani, processos tipus foto-Fenton amb coure o ferro i addició de peròxid d' hidrogen sense més catalitzadors. Es va determinar l' eficàcia de l' addició de peròxid d' hidrogen al actuar amb els metalls presents en les aigües i es va escalar el procés a la planta de 50 litres ubicada en una empresa del sector. Durant el tractament es va mesurar la degradació del cianur lliure i total, variació en la concentració del coure, l' evolució del TC, pH, conductivitat i toxicitat (inhibició de fangs actius i de la lluminiscència de Vibrio fischeri). L' anàlisi global dels tractaments aplicats determina que els millors resultats s'obtenen per mitjà del procés tipus foto-Fenton amb coure (metall ja present en les aigües). S' aconseguix la total degradació del cianur, amb la consegüent detoxificación de les aigües. La precipitació final del coure afavorix a més la seua eliminació de l' efluent per mitjà d'aplicació d'un filtre premsa. / Silvestre Mira, M. (2015). Detoxificación de aguas residuales provenientes de plantas metalúrgicas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58988

En los últimos años, el aumento de la contaminación tanto de la atmósfera como de los suelos y recursos hídricos del planeta ha alcanzado niveles en grado no aceptable por el medio ambiente. En el caso de la contaminación de aguas, ya sea por uso doméstico en aglomeraciones urbanas o por vertidos industriales, estos niveles han llevado a la necesidad de la exigencia del tratamiento de las aguas por necesidad y por ley. Por ello, es importante el desarrollo y optimización de nuevos procesos aplicables a la descontaminación de aguas. En este contexto, en la presente tesis doctoral se describe el desarrollo de nuevos catalizadores basados en carbono altamente eficientes en tratamientos de descontaminación de aguas residuales industriales. Estos materiales basados en carbono garantizan una mayor sostenibilidad de cara a los procesos convencionales de tratamientos de aguas. Así, en una primera parte de la tesis se describe el empleo de materiales carbonosos como soporte de nanopartículas metálicas, obteniendo catalizadores altamente eficientes y con una elevada actividad catalítica en la reacción de foto-Fenton para el tratamiento de aguas residuales industriales. En la segunda parte de la tesis se describe el empleo de materiales grafénicos como catalizadores libres de metales para las reacciones de Fenton y foto-Fenton, reacciones que hasta los últimos años se creía que sólo se podían llevar a cabo con catalizadores metálicos. / En els últims anys, l'augment de la contaminació tant de l'atmosfera com dels sòls i recursos hídrics del planeta ha aconseguit nivells en grau no acceptable pel medi ambient. En el cas de la contaminació d'aigües, ja siga per ús domèstic en aglomeracions urbanes o per abocaments industrials, aquests nivells han portat a la necessitat de l'exigència del tractament de les aigües per necessitat i per llei. Per això, és important el desenvolupament i optimització de nous processos aplicables a la descontaminació d'aigües. En aquest context, en la present tesi doctoral es descriu el desenvolupament de nous catalitzadors basats en carboni altament eficients en tractaments de descontaminació d'aigües residuals industrials. Aquests materials basats en carboni garanteixen una major sostenibilitat de cara als processos convencionals de tractaments d'aigües. Així, en una primera part de la tesi es descriu l'ocupació de materials basats en carboni com a suport de nanopartícules metàl·liques, obtenint catalitzadors altament eficients i amb una elevada activitat catalítica en la reacció de foto-Fenton per al tractament d'aigües residuals industrials. En la segona part de la tesi es descriu l'ocupació de materials grafènics com a catalitzadors lliures de metalls per a les reaccions de Fenton i foto-Fenton, reaccions que fins als últims anys es creia que només es podien dur a terme amb catalitzadors metàl·lics. / In the last years, the increase in pollution of both the atmosphere and the soil and water resources of the planet has reached levels that are not acceptable to the environment. In the case of water pollution, either by domestic use in urban agglomerations or by industrial discharges, these levels have led to the need for the requirement of water treatment by necessity and by law. Therefore, it is important to develop and optimize new processes applicable to water decontamination. In this context, the present doctoral thesis describes the development of new highly efficient carbon-based catalysts in industrial wastewater decontamination treatments. These carbon-based materials ensure greater sustainability for the conventional water treatment processes. Thus, in a first part of the thesis it is described the use of carbonaceous materials as support for metal nanoparticles, obtaining highly efficient catalysts with a high catalytic activity in the photo-Fenton reaction for industrial wastewater treatments. The second part of the thesis describes the use of graphene materials as metal-free catalysts for the Fenton and photo-Fenton reactions, reactions that until recent years it was believed that could only be carried out with metal catalysts. / Espinosa López, JC. (2018). NUEVOS MATERIALES CARBONOSOS COMO CATALIZADORES HETEROGÉNEOS Y SU APLICACIÓN EN PROCESOS DE OXIDACIÓN AVANZADA Y EN REACCIONES DE INTERÉS INDUSTRIAL [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/113414

En este trabajo se realiza la síntesis y aplicación de nanopartículas de carbono obtenidas mediante carbonización hidrotermal, para lo cual se desarrolló un método de síntesis que permite mejorar las propiedades ópticas de las nanopartículas, convirtiéndose en materiales prometedores para aplicaciones fotocatalíticas. En el capítulo 1 se realizó una revisión bibliográfica de los nanomateriales de carbono, los métodos de síntesis y su caracterización, profundizando en las reacciones y posibles mecanismos para la formación de las nanopartículas. Se estudió la influencia de las variables de proceso durante la carbonización y los métodos para separar las nanopartículas de los demás productos que salen del reactor. Esto permite contar con un punto de partida para poder desarrollar el nuevo método de síntesis y obtener nanomateriales con propiedades mejoradas. En el capítulo 2 se desarrolló el método de síntesis de las nanopartículas de carbono. En un reactor de carbonización hidrotermal se introduce una solución que contiene glucosa como fuente de carbono, se agrega un disolvente orgánico y se calienta hasta cierta temperatura por un tiempo determinado, este método se denomina carbonización hidrotermal asistida por disolventes. La mezcla agua-solvente orgánico, introducida en el reactor, permite obtener nanopartículas de carbono con mejores características ópticas. El proceso de carbonización fue probando tres solventes: hexano, tolueno y acetato de butilo, la temperatura fue de 200 oC, con tiempos de reacción de 1, 2 y 4 horas. Las nanopartículas de carbono fueron caracterizadas mediante microscopia electrónica, espectroscopia infrarroja, espectroscopia UV-Vis, espectroscopia de fluorescencia y análisis elemental. En el capítulo 3 se utiliza las nanopartículas de carbono sintetizadas en el anterior capitulo para reacciones fotocatalíticas para la degradación del colorante azul de metileno. Se prepararon soluciones de azul de metileno y se agrega el fotocatalizador en diferentes concentraciones, la degradación se realiza con luz visible que proviene de un fotorreactor y también con luz solar. Se evalúa la concentración del colorante a medida que trascurre el tiempo de irradiación de la muestra. Además, mediante un blanco, se determina que la degradación del colorante se debe a un proceso fotocatalítico y no a un proceso de adsorción. En el capítulo 4 se utiliza las nanopartículas de carbono como agente antibacterial. Estos nanomateriales tienen en su estructura molecular grupos funcionales oxigenados, que permiten la formación de especies oxidantes en la degradación de la bacteria Escherichia Coli. Se probó el poder antibacterial tanto con luz visible de un fotorreactor como con luz solar, midiendo la concentración de la bacteria, mediante un cultivo microbiano, en función del tiempo de irradiación; variando la concentración del fotocatalizador. El proceso desarrollado, en donde se introduce solvente orgánico en el reactor de carbonización hidrotermal, permitió incrementar el rendimiento másico en la producción de nanopartículas de carbono y mejorar sus propiedades ópticas. El mejor solvente fue el acetato de butilo, con un tiempo de síntesis de 1 hora y una temperatura de 200 oC. Se obtuvieron nanopartículas de carbono con grupos oxigenados superficiales que permiten la generación de especies redox para procesos fotocatalíticos. En los ensayos realizados en la degradación del azul metileno, se alcanzan porcentajes de degradación mayores al 90 % en tan solo 1 minuto de irradiación con luz solar. Por otro lado, para la degradación de Escherichia Coli, se aplicó luz solar y en un tiempo de 20 minutos se logra degradar la bacteria casi en su totalidad. Por lo tanto, las nanopartículas de carbono sintetizadas con el método desarrollado son nanomateriales prometedores en procesos fotocatalíticos que actúen con luz solar. / Investigación financiada por la Universidad Central del Ecuador bajo el convenio con la Universidad de Alicante con número de proyecto de Investigación DOCT-DI-2018-31.

Manifiesta que el TiO2 es usado para foto generación de hidrógeno a partir del agua, degradación de Contaminantes bajo irradiación de luz visible y para celdas solares. Sin embargo, una limitación es que TiO2 anatase tiene un band gap amplio de aproximadamente 3.2 eV y puede absorber solo en la región ultravioleta (UV) (<380nmq. Esto reduce gravemente la utilidad de la energı́a solar al 5 %. Por medio de la simulación computacional en el marco de la Teorı́a Funcional de la Densidad (DFT) implementada en el código WIEN2k, usando la aproximación GGA-PBE, se ha observado que la fase anatase de TiO2 dopada con F, N o el codopado F-N exhibe una disminución en el band gap hasta en un 17 % para el dopado con N a una concentración de 10.4 %, y que esta reducción del gap está asociada a la mejor absorción en la zona visible del espectro de los sistemas estudiados. Los resultados indican que TiO2 anatase dopado en distintas concentraciones puede aumentar la eficiencia de celdas fotovoltaicas y que este aumento en la eficiencia es proporcional a la concentración del elemento dopante para los sistemas monodopados. El codopado, que continuamente es reportado como mejor, en cuanto a la reducción del gap y la absorción de radiación, en comparación con el monodopado, no ha mostrado serlo en el sistema de codopado por sustitución con N y F, en la región comprendida entre 1.70-2.79 eV. El efecto sinérgico del codopado solo es verificado en la región azul-violeta del espectro visible. La absorción de los sistemas en la parte visible del espectro, predomina en regiones por debajo del gap, esto se ha asociado al acoplamiento vibronico y a transiciones entre niveles de excitones. / Tesis

Esta tesis doctoral se ha centrado en la síntesis y caracterización de fotocatalizadores nanoestructurados basados en TiO2 para su aplicación a la oxidación de compuestos orgánicos volátiles (COVs) en fase gas, en concreto para la oxidación fotocatalítica de propeno y propano. Más específicamente se ha analizado la influencia de las condiciones de preparación de los fotocatalizadores en las propiedades más importantes de los mismos que pudieran tener influencia en su actividad fotocatalítica como son: porosidad, cristalinidad, química superficial, composición química y propiedades electrónicas.

Esta tesis doctoral se ha centrado en la preparación de fotocatalizadores nanoestructurados basados en TiO2 modificados con metales de transición o carbón activado para su aplicación en reacciones de interés medioambiental, concretamente, en la eliminación de tres contaminantes: ácido acético y diurón, en fase acuosa, y propeno en fase gas. Se ha estudiado la influencia de las propiedades fisicoquímicas (porosidad, cristalinidad, composición química, propiedades electrónicas) de cada material en su actividad fotocatalítica.

Photoelectrochemical (PEC) processes have become an efficient and viable method for solar energy conversion into zero-emission fuels by harnessing and storage the power of the sun, which offers an environment-friendly approach. Hydrogen is considered as a sustainable and suitable energy alternative in comparison to energy systems based on the consumption of conventional hydrocarbon fuels. In particular, hydrogen production by PEC water splitting represents an attractive alternative to enhance the efficiency of water splitting process using sun light. Current research in this field is devoted to the fabrication and evaluation of new photoactive materials that upon sunlight absorption enable water-splitting PEC reactions with high efficiency and durability. Silicon based compounds offer a good opportunity as photoactive material due to its high abundance and current scalable technologies. Silicon is the eighth most abundant element in the universe and constitutes up to 27.2% of the earth’s crust weight [1]. Particularly, hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC:H) thin films have been tested as photocathode material for photo-assisted electrolysis, exhibiting solar to hydrogen conversion efficiencies up to 7.5 %. Due to the capability to tailor the bandgap (1.8 - 3.3 eV) by the incorporation of carbon in a-Si:H, this material has turned out to be a promising candidate for PEC cells, fulfilling the optical bandgap (Egap) primary requirement, i.e. Egap > 2.2 eV. Additionally, the carbon incorporation leads to an enhancement of the corrosion resistance properties in aqueous media. It has been theoretically estimated that a PEC device with an a-Si0.9C0.1:H absorption layer exhibiting 2.0 eV of energy bandgap, can generate a photocurrent density Jph of 15 mA/cm2 (solar-to-hydrogen conversion efficiency ∼18 %) when submitted to an Air mass (AM) 1.5 solar spectrum [2]. The specific value of 1.5 for the Air mass is selected for standardization purposes, based on the analysis of solar irradiance data in the United States, and corresponds to a power of 1000 W/cm2 [3]. In the present work, a similar material a-Si0.5C0.5:H exhibiting 2.76 eV of energy bandgap generates a Jph of 17 mA/cm2 when submitted to the same light spectrum. This reflects an improvement in the use of a-SiC:H in PEC water splitting. Research on single thin film photoactive materials does not typically consider the role of the silicon substrate in the photoelectrochemical performance. In this sense, the photoelectrode is a system formed by a p-p, n-n or n-p structure, which depending on the depth of the space charge region may have an important impact on the photoelectrode performance. In this work, this substrate effect has been considered and studied. PEC performance of a-SiC:H is often limited by its non-ideal energy band-edge alignment to the H2O/O2 redox potential, thus limiting the oxygen evolution reaction (OER) and the whole water splitting process [4]. To overcome this downside, an external bias needs to be applied, contributing to counteract the overpotential required to trigger the direct water splitting reaction. The external bias also contributes to reduce overpotentials due to the presence of a surface SiO2 barrier layer and compensates interface charge carriers recombination as well. Previous studies have demonstrated that by removing the SiO2 native layer vii from a-SiC:H(i) surface, Jph values over 6 mA/cm2 can be achieved at a potential of -1.4 V vs. Ag/AgCl in contrast to values lower than < 4 mA/cm2 obtained without the oxide removal. In fact, the existence of surface states (SS) originated from the hydroxyl group termination on the oxide surface, form an electronic state that is typically located within the semiconductor bandgap. The theory that such states act as recombination centers for minority photo carriers, fits quite well with the assumption that surface recombination competes with charge transfer from the semiconductor band towards the electrolyte. Additionally, it has been reported that depending on the density and energetic position of SS, these can provide another favorable pathway for indirect charge transfer to the solution, competing with the undesirable recombination mechanism. Knowledge in this field is limitated to full-drift diffusion simulations in steady-state and dynamic regimes for photo-anodic currents in crystalline materials. In the current work, an experimental study has been carried out over an amorphous material (a-SiC:H) acting as photocathode for PEC water splitting. Thus, adding knowledge in this field. Attempts to understand the role of a-SiC defects in PEC water splitting performance have been carried out in 2009 by Simonds et al. [5]. As a result of these, defects density in the bulk of the a-SiC increases with carbon concentration, from ∼9 × 1016 cm−3 (6%C) to ∼8 × 1017 cm−3 (11%C), leading to a reduction of the PEC performance. On the other hand, defect densities in the SiC/SiO2 interface (SS) were approximated by Gaussian distributions with maximums of ∼2 × 1012 cm−2 · eV−1 (Ivanov et al. [6]). The latter finding was retrieved from Capacitance-Voltage (C−V) measurements over metal-oxide-semiconductor (MOS) structures, and fit quite well with the SiC SS density distributions reported in this work. The current work consists in three parts. In the first part, Bandgap engineering of a-SiC:H thin films was carried out to assess the material light absorption without compromising its photoelectrochemical water splitting capabilities. The tailoring was performed by varying the hydrogen concentration in the semiconductor and by post-deposition isochronical annealing treatments from 200 to 700 ◦C. By isochronical annealing, the same sample is submitted to the different temperature steps, from low to high temperature. After this analysis, the most suitable samples for water splitting application were evaluated as photocathodes in 1 M sulfuric acid under chopped light illumination. These a-SiC:H samples were doped with aluminum and deposited on different Silicon substrate conductivity types to assess the substrate influence in the a-SiC:H(Al) photocurrent response. This constitutes the second part or the work. Finally, in the third part, the role of SS in the photocathodic current for a-SiC:H(Al) absorber layers was experimentally analyzed. This analysis was based on steady-state and dynamic electrochemical models. Results concerning a-SiC:H(Al) photocathode stability under darkness and illumination conditions are also shown and discussed in this part. Concerning the findings and the novelty in this work, localized a-SiC:H(Al)/SiO2 SS would take part in a desirable mechanism of indirect electron charge transfer viii to the electrolyte, and thus, conduct hydrogen evolution reaction. Related to the SiO2 native layer, the evidence suggests that the SiO2 layer reduction during PEC tests triggers a favorable semiconductor-electrolyte interface. This interface exhibits less overpotential barriers which promotes photocurrent generation. A correlation exists between the retrieved SS density (NSS) and Urbach energy (EU) values. The EU is associated with disorder-induced electronic tail states or Urbach tails, which are localized states near the semiconductor band-edges. This correlation, as well as other a-SiC:H(Al)/SiO2 interface studies, support the reliability of our NSS calculations for the c-Si(p)/a-SiC:H(Al)/SiO2/electrolyte system. Finally, a charge transfer mechanism assisted by photogenerated minority carriers from the c-Si substrate has been also proposed in this work

Los estudios realizados en esta Tesis Doctoral se han centrado en la aplicación de los Procesos de Oxidación Avanzada (AOPs) en condiciones próximas a la neutralidad para la eliminación de contaminantes químicos (contaminantes emergentes) y biológicos (larvas de mejillón cebra) en aguas naturales, mediante aplicación de procesos de fotocatálisis solar heterogénea con TiO2 y foto-Fenton solar a pH neutro. Los tratamientos de oxidación aplicados a los contaminantes emergentes se han realizado en simulador solar y en planta piloto y su degradación se ha seguido empleando diversas técnicas analíticas ccomo UHPLC, GC-MS, espectroscopía UV-IR (COD, DQO); además se ha realizado un estudio de la evolución de la toxicidad (Vibrio fischeri) durante cada proceso. Los estudios con TiO2 en simulador solar consiguen eliminar la totalidad de los contaminantes en menos de 240 minutos, observándose un aumento de la toxicidad del 50% a los 120 minutos de tratamiento, que prácticamente desaparece al final del proceso; cunado el proceso se escala a planta piloto se aprecia una ralentización en todas las degradaciones justificada por la diferencia entre los espectros (solar y simulador solar) en la región de 280-300nm. Del estudio destaca el hecho de que el rendimiento de las reacciones foto-Fenton en medio neutro es aceptable para su aplicación y está muy influenciado por la concentración inicial de los contamiantes y de ácidos húmicos presentes en el medio, ya que se contraponen su función de estabilización del hierro en disolución, el posible efecto de filtro interno y la acción como atrapador de especies activas. Por otra parte, los ensayos toxicológicos muestran fluctuaciones con el tiempo de tratamiento debido a la generación de intermedios de reacción tóxicos, habiéndose identificado los principales mediante GC-MS. Se ha realizado además un estudio mecanístico sobre la participación del radical hidroxilo en el proceso, siendo menor en medio neutro que en medio ácido. El agua de s / Bernabeu García, A. (2012). APLICACIÓN DE FOTOCATÁLISIS SOLAR A PH NEUTRO PARA LA ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES QUÍMICOS Y BIOLÓGICOS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17739

[ES] La presente tesis doctoral se centró en el desarrollo y modificación de materiales microestructurados basados en sulfuros metálicos para la producción de combustibles solares. Se obtuvieron y caracterizaron dos nuevos materiales laminares basados en sulfuro de estaño y zinc, IZM-5 e ITQ-75. Dado que se pretende utilizar dichos materiales en procesos basados en el uso de energía solar, fue necesario ajustar su estructura electrónica mediante una estrategia de dopaje y su accesibilidad mediante la modificación de la composición del gel de síntesis o mediante métodos posteriores a la síntesis. Se probaron diferentes agentes dopantes como cobre, cobalto, níquel y hierro, así como la inserción de un complejo de rutenio. Los más exitosos fueron el cobre y el cobalto, ya que con su presencia es posible reducir el valor de la band gap a 2,0 eV, un valor dentro del rango óptimo para procesos de producción de combustibles solares. Cuando estos agentes dopantes estuvieron presentes en el gel de síntesis de IZM-5, se descubrió que no se obtenía el patrón de difracción esperado, sino uno de un nuevo material, denominado ITQ-76. Al igual que con las zeolitas, los primeros intentos para permitir el acceso a los centros fotoactivos consistieron en liberar la microporosidad, la superficie interna, mediante la eliminación del agente orgánico director de estructura utilizado durante el proceso de síntesis. Se intentó alternativamente mejorar la superficie externa (tamaño de partícula o mesoporosidad). De las diferentes estrategias probadas, se descubrió que variar la composición del gel de síntesis fue la más exitosa. Se probaron la inserción de sacáridos, previamente estudiados en la literatura como agentes inductores de mesoporosidad, y el aumento de la viscosidad del gel de síntesis para disminuir el tamaño de cristal final. Sin embargo, la presencia de sacáridos no condujo a la formación de un sistema mesoporoso; la mejora en la accesibilidad se debió a la disminución del tamaño de partícula. Al aumentar la viscosidad del gel, también fue posible disminuir el tamaño promedio de los cristales y, en consecuencia, aumentar la superficie externa. Después de la modificación de las estructuras estudiadas con el fin de obtener una amplia gama de propiedades, se evaluó su rendimiento fotocatalítico mediante la reacción de ruptura de la molécula de agua. Parecía existir una relación tipo "volcano" entre el rendimiento fotocatalítico y la superficie externa. Según la literatura revisada, este comportamiento podría explicarse por el equilibrio entre el aumento de los centros activos disponibles y el aumento de los defectos en la superficie, los cuales son centros potenciales de recombinación. En cuanto a la relación entre el rendimiento fotocatalítico y el valor de la band gap, nuevamente parece existir una relación tipo "volcano". Según la bibliografía revisada, se encontró que con la reducción del valor de la band gap aumenta el número de fotones absorbidos y, como tal, se espera que aumente el rendimiento. Sin embargo, es necesario que las cargas fotogeneradas tengan un potencial suficiente para participar en la reacción deseada. Como resultado, por debajo de cierto valor de band gap, las cargas fotogeneradas ya no tienen un potencial suficiente y, por ello, el rendimiento disminuye. De las diferentes muestras probadas, las modificadas con sacarosa destacaron por tener el mejor rendimiento. Hasta ahora no ha sido posible desentrañar el fenómeno detrás de esta mayor reactividad. Por lo tanto, se requiere una caracterización más detallada de estas muestras para comprender cómo la presencia del componente orgánico influye en la estructura electrónica del material y, en consecuencia, en su rendimiento. También sería importante evaluar la estabilidad del componente orgánico durante la reacción, específicamente para verificar que no sufra un proceso de oxidación que pueda producir protones, que luego sean capaces de formar hidrógeno. / [CA] La present tesi doctoral es va centrar en el desenvolupament i modificació de materials microestructurats basats en sulfurs metàl·lics per a la producció de combustibles solars. Es van obtenir i caracteritzar dos nous materials lamel·lars basats en sulfur d'estany i zinc, IZM-5 i ITQ-75. Com que es pretén utilitzar aquests materials en processos basats en l'ús d'energia solar, va ser necessari ajustar la seua estructura electrònica mitjançant una estratègia de dopatge i la seua accessibilitat mitjançant la modificació de la composició del gel de síntesi o mitjançant mètodes posteriors a la síntesi. Es van provar diferents agents dopants com coure, cobalt, níquel i ferro, així com la inserció d'un complex de ruteni. Els més reeixits van ser el coure i el cobalt, ja que amb la seua presència és possible reduir el valor de la band gap a 2,0 eV, un valor dins de l'abast òptim per a processos de producció de combustibles solars. Quan aquests agents dopants van estar presents en el gel de síntesi d'IZM-5, es va descobrir que no s'obtenia el patró de difracció esperat, sinó un de nou material, anomenat ITQ-76. Al igual que amb les zeolites, els primers intents per a permetre l'accés als centres fotoactius van consistir en alliberar la microporositat, la superfície interna, mitjançant l'eliminació de l'agent orgànic director d'estructura utilitzat durant el procés de síntesi. Es va intentar alternativament millorar la superfície externa (mida de partícula o mesoporositat). De les diferents estratègies provades, es va descobrir que variar la composició del gel de síntesi va ser la més reeixida. Es van provar la inserció de sacàrids, prèviament estudiats en la literatura com a agents inductors de mesoporositat, i l'augment de la viscositat del gel de síntesi per a disminuir la dimensió del cristall final. No obstant això, la presència de sacàrids no va conduir a la formació d'un sistema mesoporós; la millora en l'accessibilitat va ser a causa de la disminució de la mida de partícula. Augmentant la viscositat del gel, també es va poder disminuir la mida mitjana dels cristalls i, en conseqüència, augmentar la superfície externa. Després de la modificació de les estructures estudiades amb l'objectiu d'obtenir una àmplia gamma de propietats, es va avaluar el seu rendiment fotocatalític mitjançant la reacció de ruptura de la molècula d'aigua. Hi semblava haver una relació tipus "volcà" entre el rendiment fotocatalític i la superfície externa. Segons la literatura revisada, aquest comportament podria explicar-se per l'equilibri entre l'augment dels centres actius disponibles i l'augment de les defectes en la superfície, els quals són centres potencials de recombinació. Pel que fa a la relació entre el rendiment fotocatalític i el valor de la band gap, de nou sembla existir una relació tipus "volcà". Segons la bibliografia revisada, es va trobar que amb la reducció del valor de band gap augmenta el nombre de fotons absorbits i, com a tal, s'espera que augmenti el rendiment. No obstant això, és necessari que les càrregues fotogenerades tinguin un potencial suficient per a participar en la reacció desitjada. Com a resultat, per sota d'un cert valor de band gap, les càrregues fotogenerades ja no tenen un potencial suficient i, per tant, el rendiment disminueix. De les diferents mostres provades, les modificades amb sacarosa van destacar per tenir el millor rendiment. Fins ara no ha estat possible desxifrar el fenomen darrere d'aquesta major reactivitat. Per tant, es requereix una caracterització més detallada d'aquestes mostres per a comprendre com la presència del component orgànic influeix en l'estructura electrònica del material i, en conseqüència, en el seu rendiment. També seria important avaluar l'estabilitat del component orgànic durant la reacció, específicament per a verificar que no patisca un procés d'oxidació que puga produir protons, que després siguen capaços de formar hidrogen. / [EN] The present doctoral thesis focused on the development and modification of metal sulfide based microstructured materials for the solar fuels production. Two new materials, IZM-5 and ITQ-75 made of tin and zinc sulfide, were obtained and characterized. Since it is intended to use such materials on solar-driven processes, it was necessary to fine tune their electronic structure, through a doping strategy, and their accessibility, through the modification of the synthesis gel composition or by post synthesis methods. Different doping agents, such as copper, cobalt, nickel and iron, as well as the insertion of a ruthenium complex were tested. The most successful ones were copper and cobalt, since with their presence it is possible to reduce the optical band gap value to 2,0 eV, a value within the optimal range of optical band gaps for solar fuel production processes. When such doping agents were present into the IZM-5 gel, it was found that the expected diffraction pattern was not obtained, but one of a new material, entitled ITQ-76. As with zeolites, the firsts attempts to allow accessibility to photoactive sites was about releasing the microporosity, the internal surface, by removing the organic structure directing agent used during the synthesis process. Because no strategy was successful, it was alternatively attempted to enhance the external surface (grain surface or mesoporosity). Of the different strategies tested, it was found that varying the gel composition was the most successful one. The insertion of saccharides, previously studied in the literature as mesoporosity agents, and increasing the synthesis gel viscosity in order to decrease the final crystal size were tested. However, the presence of saccharides did not lead to the formation of a mesoporous system. The improvement in accessibility was due to the decrease of particle sizes. By increasing the gel viscosity it was also possible to decrease the average size of the crystals and consequently increase the external surface area. After the modification of the structures under study in order to obtain a wide range of properties, their photocatalytic performance was evaluated by using the water splitting reaction. A volcano-like relationship seemed to exist between photocatalytic performance and the external surface area. According to the literature reviewed, this behavior might be explained by the balance between the increase of available active centers and the increase of surface defects which are potential recombination sites. Regarding the relation between the photocatalytic performance and the optical band gap value, again a volcano-like relationship seems to exist. According to the reviewed bibliography, it was found that with the reduction of the optical band gap value the number of absorbed photons increases and, as such, the performance is expected to increase. However, it is necessary that the photogenerated charges have a sufficient potential to participate in the desired reaction. As a result, below a certain optical band gap value, the photogenerated charges no longer have sufficient potential and, as such, the performance decreases. Of the different samples tested, those modified with sucrose stand out as having the best performance. So far it was not possible to unravel the phenomenon behind those enhanced reactivity. Hence, a more detailed characterization of these samples is necessary in order to understand how the presence of the organic component influences the electronic structure of the material and, consequently, its performance. It would also be important to assess the stability of the organic component during the reaction, more specifically to verify that it does not undergo an oxidation process that might produce protons, which are then able to form dihydrogen. / Silva Gaspar, B. (2024). Porous Sulfur-Based Materials for Photocatalytic Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202895

En el presente trabajo se ha estudiado el tratamiento de efluentes de tintura por agotamiento de tejidos de algodón con colorantes reactivos, mediante fotocatálisis solar, heterogénea con dióxido de titanio y foto-Fenton. En las diferentes experiencias se han utilizado colorantes con cromóforos azo, antraquinona y ftalocianina, solos y combinados entre sí. El tratamiento de los baños residuales de tintura se realizó por exposición solar directa y por exposición en simulador solar, en reactores abiertos y en plantas piloto de detoxificación solar. La efectividad de los procesos se comprobó por espectrofotometría ultravioleta-visible y por el contenido de materia orgánica mediante análisis de la demanda química de oxígeno (DQO) y del contenido en carbono orgánico total (COT) de los baños, en función del tiempo de tratamiento. La fotocatálisis heterogénea con dióxido de titanio se mostró efectiva en el tratamiento de baños residuales de colorantes con cromóforo azo y antraquinona, obteniéndose elevadas decoloraciones y posibilitando la reutilización de los baños tratados en nuevas tinturas. Sin embargo, los colorantes con cromóforo ftalocianina requieren tratamientos más enérgicos, como el foto-Fenton, para su degradación. Los efluentes tratados se emplearon en la obtención de segundas tinturas por agotamiento de tejidos de algodón y los nuevos baños residuales, tratados nuevamente, se reutilizaron en terceras tinturas. Al comparar estas últimas con las efectuadas con agua nueva, mediante espectrofotometría reflectiva y evaluación de las solideces al lavado, se comprobó su completa reproductibilidad. Los resultados del trabajo permiten afirmar que los tratamientos foto-Fenton proporcionan baños reutilizables en posteriores tinturas, sea cual sea el cromóforo de los colorantes. Todo ello debe facilitar el estudio de efluentes industriales de ennoblecimiento textil, con la finalidad de conseguir ahorros de agua y vertidos en los procesos, mediante técnicas de depuración / Pey Clemente, J. (2008). Aplicación de procesos de oxidación avanzada (Fotocatálisis solar) para el tratamiento y reutilización de efluentes textiles [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2241