Síntesis y caracterización de nanopartículas y recubrimientos nanoestructurados con propiedades fotocatalíticas

Resumen

En la presente memoria, se describe la síntesis y la caracterización de nuevas nanopartículas y recubrimientos nanoestructurados con propiedades fotocatalíticas, concretamente con utilidad para la purificación del aire y para la eliminación de bacterias (como superficies biocidas). Se han estudiado dos metodologías muy diferentes para la obtención de los nuevos recubrimientos fotocatalíticos, la proyección térmica y la metodología Sol-Gel, partiendo de nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2) sintéticas y/o comerciales, así como explorándose las condiciones experimentales óptimas en cada caso. Sobre las bases de una serie de estudios de análisis termogravimétrico (TGA), ensayos de adhesión, microscopia electrónica de barrido (FE-SEM), análisis de rayos X por dispersión de energías (EDS) y difracción de rayos X (DRX), se discutieron las propiedades intrínsecas de los recubrimientos fotocatalíticos. La actividad fotocatalítica (evaluada mediante el ensayo de Azul de Metileno) fue de buena a excelente en todos los casos, siendo mejor en el caso de los obtenidos mediante metodología Sol-Gel. En cambio, se observó que la adhesión era considerablemente mejor en este último caso que en los producidos por proyección térmica. Estos resultados, así como las ventajas del método Sol-Gel, condujeron a la selección de este método para un estudio más detallado. Se exploraron diferentes tipos de nanopartículas (P25 TiO2, nanoCEA y sintéticas), diferentes cantidades, su uso en polvo o en dispersiones, el pH, diferentes agentes curantes, etc. Se observó que las nanopartículas comerciales daban mejores actividades fotocatalíticas que las sintéticas y que las dispersiones facilitaban la obtención de recubrimientos de mayor homogeneidad, lo cual se ha demostrado es clave para una buena actividad fotocatalítica. Finalmente, se realizaron estudios para demostrar la capacidad real de estos recubrimientos en la purificación de aire (ensayo de acetaldehído) y para la eliminación de microorganismos (ensayo de actividad biocida, según norma JIS Z 2801). También se describe la síntesis y caracterización de nuevas nanopartículas de dióxido de titanio dopadas con nitrógeno y hierro, que se estudiaron con el objetivo de desarrollar nanopartículas con propiedades fotocatalíticas bajo luz visible. Esta parte de la tesis doctoral fue realizada en el National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, AIST, (Tsukuba, Japón) bajo la supervisión del Dr. N. Negishi.