El nitruro de carbono modificado por oxígeno/metilo como fotocatalizador eficiente libre de metales para la...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química del medio ambiente
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los fotocatalizadores libres de metales son cruciales para la purificación sostenible del agua a través de la activación del peroximonosulfato (PMS).
• El logro de una alta eficiencia en estos sistemas sigue siendo un desafío importante.
• El desarrollo de nuevos materiales con propiedades electrónicas mejoradas es clave para mejorar la activación del SPM.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar un fotocatalizador eficiente libre de metales para la activación del PMS.
• Investigar el impacto de la modificación de oxígeno y metilo en la estructura electrónica y el rendimiento catalítico del nitruro de carbono.
• Evaluar la degradación fotocatalítica de los contaminantes fenólicos utilizando el material desarrollado bajo luz visible.

Principales métodos:

• Fácil copolimización térmica de un solo recipiente de urea y malonato de dimetilo para crear nitruro de carbono modificado por oxígeno/metilo (OMCN).
• Caracterización de la estructura electrónica de OMCN, incluido el campo eléctrico incorporado y la brecha de banda.
• Experimentos de degradación fotocatalítica con luz visible, PMS y contaminantes fenólicos.
• Pruebas de estabilidad, evaluación de la tolerancia al pH y estudios mecanicistas que impliquen la detección de radicales.
• Integración en reactores de membrana de flujo continuo para la evaluación de la aplicación práctica.

Principales resultados:

• El OMCN sintetizado exhibió un campo eléctrico incorporado más fuerte y una brecha de banda más estrecha en comparación con el nitruro de carbono no modificado o modificado individualmente.
• El OMCN2 optimizado demostró una activación superior de la PMS impulsada por la luz visible, logrando una degradación completa del fenol en 90 minutos.
• El catalizador mantuvo una actividad del 88,1% después de cuatro ciclos, mostrando una amplia tolerancia y estabilidad del pH.
• Se identificaron los radicales sulfatados como las especies activas dominantes en el proceso de degradación.
• El sistema eliminó eficazmente los contaminantes en un reactor de membrana de flujo continuo a un flujo de 205 L m-2 h-1.

Conclusiones:

• OMCN es un fotocatalizador altamente eficiente, estable y libre de metales para la activación de la PMS impulsada por la luz visible.
• El campo eléctrico interno diseñado en OMCN mejora significativamente la separación de cargas y la actividad catalítica.
• Este trabajo proporciona una estrategia de diseño racional para fotocatalizadores avanzados sin metales para el tratamiento sostenible del agua.