Fotocatalizadores

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Rica experiencia
Con décadas de experiencia en la investigación, fabricación y comercialización de productos químicos orgánicos, nos hemos convertido en un proveedor global de investigación, desarrollo y fabricación de productos químicos.

equipo profesional
Genie Chemical cuenta con un equipo de I+D altamente cualificado de más de 200 personas.

Servicio integral-
Inspección de calidad, control de producción y servicio postventa-, brindando un servicio integral-.

control de calidad
Ha obtenido la certificación ISO 9001 y ha creado un centro de pruebas dedicado para implementar estrictos estándares de control de calidad en todas las etapas del proceso de producción. Los inspectores de calidad supervisan de cerca el proceso de producción de cada producto para garantizar la calidad del producto químico final.

¿Qué son los fotocatalizadores?

Los fotocatalizadores son materiales, especialmente semiconductores como el dióxido de titanio y el óxido de zinc, que aceleran reacciones químicas bajo irradiaciones de luz. Cuando fotones de suficiente energía golpean la superficie del fotocatalizador, se generan pares de huecos de electrones. Esto inicia reacciones redox que degradan los contaminantes orgánicos y desinfectan los patógenos transmitidos por el agua. Los fotocatalizadores versátiles y eficientes aprovechan la luz solar o artificial para impulsar estas reacciones, ofreciendo así una solución renovable y respetuosa con el medio ambiente.

Beneficios de los fotocatalizadores

Efecto desodorante

Los fotocatalizadores contienen un componente llamado dióxido de titanio. Cuando este dióxido de titanio se expone a la luz ultravioleta o a la luz fluorescente, se producen especies reactivas de oxígeno. Absorbe las sustancias-que causan olores con las que entra en contacto y las descompone en agua y dióxido de carbono. Tiene la ventaja de eliminar todos los olores de la habitación, como el olor a cigarrillo, moho y zapatos.

Descomposición y eliminación de sustancias nocivas: eliminación de formaldehído, eliminación de olores.

El fotocatalizador también tiene la función de descomponer y eliminar el "formaldehído". Estas sustancias nocivas se volatilizan de los materiales de construcción y de los muebles y provocan enfermedades alérgicas en las habitaciones. Además, a diferencia de los métodos para eliminar sustancias químicas o tóxicas, el fotocatalizador altamente activo que responde a la luz visible-está compuesto principalmente por una sustancia llamada nano-dióxido de titanio apatita, que también se puede utilizar como aditivo alimentario, que es seguro y no tiene efectos secundarios.

Efecto antibacteriano

El fotocatalizador tiene un efecto desodorizante. Tiene el efecto de descomponer y eliminar Norovirus, influenza, Escherichia coli, Salmonella y hongos. Los mohos, en particular, disipan las esporas a medida que se multiplican, y recubrir revestimientos de paredes o techos con fotocatalizadores es muy eficaz contra estas esporas.

Efecto anti-algas y anti-moho

Los fotocatalizadores que contienen iones de plata tienen un efecto antibacteriano, por lo que incluso una pequeña cantidad de luz puede ejercer un efecto antibacteriano. Además, el óxido de titanio fotocatalítico tiene el efecto de descomponer sustancias nocivas producidas por bacterias, que no pueden ser descompuestas por los agentes antibacterianos tradicionales cuando mueren. Por ejemplo, protege contra bacterias como O-157, E. coli y moho, y gracias a su efecto antifúngico previene los olores desagradables.

Efecto antiincrustante

El fotocatalizador tiene la función de descomponer y eliminar sustancias químicas como el amoniaco en contacto con el revestimiento de la pared. Por lo tanto, tiene el efecto de suprimir el color amarillento provocado por los cigarrillos y similares.

Tipos de fotocatalizadores

Fotocatálisis Homogénea

La fotocatálisis homogénea, implica la existencia de los reactivos y los fotocatalizadores en la misma fase, es decir, ambos pueden estar en forma de gases. Uno de los ejemplos más comunes de fotocatalizadores homogéneos utilizados son los sistemas de ozono y foto-Fenton (Fe+ y Fe+/H2O2). Aquí la especie reactiva será el radical hidroxilo (•OH) que tiende a usarse para diversos fines y objetivos. Este mecanismo de producción de radical hidroxilo (•OH) por el ozono puede seguir estos dos caminos que se mencionan a continuación.

Fotocatálisis heterogénea

De la definición se desprende claramente que la "catálisis heterogénea" implica que los catalizadores y los reactivos se encuentran en fases diferentes. La fotocatálisis heterogénea es un tema que involucra una variedad relativamente grande de reacciones, que incluyen, entre otras; reacciones de oxidación leves o totales, procesos de deshidrogenación, reacciones de transferencia de hidrógeno, reacciones de intercambio isotópico de 18O2–16O2 y alcanos de deuterio-, deposición de metales, desintoxicación de agua, procesos de eliminación de contaminantes gaseosos, etc. En general, los fotocatalizadores heterogéneos de uso común incluyen óxidos de metales de transición y semiconductores, que presentan características únicas.

Aplicación de Fotocatalizadores

Tratamiento de agua

En los procesos de tratamiento de aguas residuales se utilizan como fotocatalizadores diversos semiconductores binarios y ternarios. Los fotocatalizadores de dióxido de titanio (TiO2) y óxido de zinc (ZnO) se utilizan a menudo en la purificación de aguas residuales. El fotocatalizador de óxido de zinc es una excelente sustancia de oxidación que se utiliza ampliamente en el tratamiento de aguas residuales en industrias como la farmacéutica, imprenta y tintura, industria del papel y la pulpa, etc. Los nanotubos de dióxido de titanio (TiO2), también conocidos como (TNT), son fotocatalizadores muy favorables para la descontaminación fotocatalítica del agua. Benjwal et al. (2015) los estudios presentan que los nanocompuestos ternarios basados en óxido de grafeno-TiO2/Fe3O4 tienen posibles implementaciones en el tratamiento de aguas residuales.

Eliminación de metales traza

Algunos oligoelementos como el mercurio (Hg), el cromo (Cr) y el plomo (Pb), así como otros metales, son extremadamente peligrosos para la salud humana. Al utilizar la fotocatálisis heterogénea con el fin de mantener la calidad del agua y la salud humana, estas toxicidades de los metales pueden eliminarse con éxito, incluso a niveles más bajos de concentraciones, como partes por millón (ppm).

División del agua

Para la reacción de división del agua se han producido como fotocatalizadores diversas especies, como sulfuros, óxidos y seleniuros. Las nanopartículas de dióxido de titanio (TiO₂), varios semiconductores (acoplados) como CaFe204/TiO₂, la heterounión WO3/BiVO4, así como nanofibras de núcleo o cubierta como CdS/Zno, y muchos más, proporcionan formas muy útiles para la producción de hidrógeno a partir del agua.

Funciones de autolimpieza-

El fotocatalizador de dióxido de titanio (TiO₂) ha logrado un gran reconocimiento como sustancia fotofuncional útil, la razón es que la limpieza de superficies de vidrio y azulejos requiere detergentes químicos, agotamiento con alta energía y además es costoso. La superficie auto-limpiante a base de dióxido de titanio hace que las moléculas tanto inorgánicas como orgánicas permanezcan absorbidas y degradadas en ella sin esfuerzo. Posteriormente, resulta fácil de lavar con agua debido a la alta hidrofilicidad de la película de TiO₂. Dicho resultado de TiO₂ se vuelve funcional en esta condición; cuando la tasa de contaminantes orgánicos absorbidos en la superficie del material es menor que la de fotones solares incidentes por unidad de tiempo. Los revestimientos, los materiales de pintura de las paredes de los edificios y los procesos constructivos están muy expuestos a las malas condiciones climáticas, como las lluvias naturales y la luz solar intensa, por lo que

Factores que mejoran el rendimiento del fotocatalizador

Compuestos/Acoplamiento

Otra técnica viable para hacer que los fotocatalizadores sean eficientes en la luz visible para diversas aplicaciones es el acoplamiento de semiconductores o compuestos. De modo que los semiconductores de banda prohibida grande y pequeña se acoplan entre sí para que tengan un nivel de banda de conducción (CB) más negativo. Entonces, el resultado será; Los electrones de la banda de conducción (CB) se pueden inyectar desde el semiconductor de banda prohibida pequeña al semiconductor de banda prohibida grande. Esta técnica y el método de sensibilización por tinte son similares, sin embargo, el único contraste es que los electrones se moverán de un semiconductor a otro. Se ha examinado la producción de hidrógeno mediante SnO2, CdS, CdS/Pt-TiO2 y NiS/ZnxCd1-xS/óxido de grafeno reducido acoplados.

Metalización

Para mejorar la actividad fotocatalítica de un semiconductor se han utilizado diversos metales nobles como Pt, Au, Ag, Ni, Cu, Rh, Pd, etc. Este proceso reduce la probabilidad de recombinación/reunión del hueco del electrón, y esto da como resultado una separación de carga efectiva, así como velocidades más altas de reacción fotocatalítica. Gracias a estas propiedades de los metales nobles se puede favorecer la transferencia de electrones, lo que conduce a una mayor actividad fotocatalítica.

Sensibilización al tinte

La sensibilización por tinte es una técnica auspiciosa para el desarrollo de superficies y la modificación de fotocatalizadores para la utilización de luz visible con el fin de convertir energía. Los tintes poseen características de oxidación-reducción, así como sensibilidad a la luz visible, que pueden ser útiles para células solares y sistemas fotocatalíticos. Se puede iniciar una reacción catalítica porque cuando los tintes se exponen a la luz visible, inyectan electrones en la banda de conducción (CB) de los semiconductores. Una rápida inyección de electrones y una lenta reacción inversa son las condiciones principales para convertir la luz absorbida directamente en energía eléctrica con mayor eficiencia en células solares o mediante la producción de hidrógeno.

dopaje

La aplicación de dopaje se conoce como la adición de impurezas a una sustancia pura. El dopaje se divide en dos subcategorías que son; (1) Dopaje catiónico y (2) Dopaje aniónico. El dopaje catiónico implica el dopaje de cationes a los semiconductores, como metales como Al, Cu, V, Cr, Fe, Ni, Co, Mn, etc. Por otro lado, el dopaje aniónico implica el uso de aniones, como no metales como N, S, F, C, etc. La red cristalina de un fotocatalizador recibe un impacto nuevo y único de cada diferente. dopante. El dopaje de iones metálicos y no metálicos aumenta la foto-respuesta en la superficie de un fotocatalizador para llegar a la región visible mediante la construcción de nuevos niveles de energía (o estado de impureza) entre la banda de valencia (VB) y la banda de conducción (CB) para disminuir su banda prohibida. Los electrones excitados por la luz se desplazan del estado de impureza a la banda de conducción (CB).

¿Cómo prevenir la desactivación de los fotocatalizadores?

Envenenamiento

La causa principal de la desactivación de los fotocatalizadores es el envenenamiento. Se refiere a la desactivación química reversible o irreversible de un fotocatalizador y conduce a la pérdida de actividad catalítica, estabilidad y selectividad, lo que provoca graves problemas y pérdidas económicas en los procesos catalíticos industriales. La Figura 1. muestra el envenenamiento por azufre por H2S de fotocatalizadores de níquel con y sin adición de oxígeno.

Sinterización

La sinterización es otra causa común de desactivación de fotocatalizadores. Es una degeneración térmica que viene con una superficie catalítica y un área de soporte reducidas. Lo que es peor, las fases catalíticas cambiarían a fases no-catalíticas, dificultando así las reacciones químicas previstas.

Procesión de coca

La coquización representa aproximadamente el 20% de la desactivación de los fotocatalizadores y suele estar relacionada con el taponamiento. Es decir, los materiales carbonosos y otros materiales en los poros de los fotocatalizadores se depositan, lo que disminuye el tamaño de los poros y evita que las moléculas reactivas se difundan en el poro. Por lo general, estos depósitos carbonosos se pueden eliminar mediante gasificación con vapor de agua o hidrógeno, y adquirimos CH4, CO y COx, respectivamente. Por tanto, la desactivación de la coquización es un proceso reversible. La Figura 2 es una ilustración esquemática de la deposición de coque en fotocatalizadores HZSM-5 no modificados y modificados con metal-.

Mecanismo de fotocatálisis

(1) El proceso comienza con la absorción de luz y la posterior generación de portadores de carga. Cuando la superficie del fotocatalizador se ilumina con luz con energía igual o superior a la energía de banda prohibida de las perovskitas de halogenuros metálicos (MHP), se produce una transición electrónica inmediata, dando lugar a la creación de pares de huecos de electrones - (e-h). Vale la pena señalar que la luz normalmente se clasifica en dos rangos de longitud de onda: luz ultravioleta (UV), que abarca entre 200 y 400 nm, y luz visible, que cubre el rango de 400 a 800 nm. En particular, cuando la energía de banda prohibida (Eg) de un semiconductor es inferior a aproximadamente 3,1 electronvoltios (eV), el material puede absorber eficazmente la luz visible. Esta capacidad es de gran importancia porque los fotones visibles constituyen una porción importante de la luz solar y contribuyen a aproximadamente el 50% de su composición.

(2) La siguiente fase crucial implica la separación y el movimiento de estos portadores de carga. A medida que la luz desencadena la transición de electrones de la banda de valencia (VB) a la banda de conducción (CB), deja agujeros en la VB. Esta separación de huecos de electrones (e-h) es un paso fundamental en la fotocatálisis. Sin embargo, es fundamental reconocer que la recombinación de estos electrones y huecos fotogenerados es un proceso inherente e inevitable. Desafortunadamente, esta recombinación puede dificultar la utilización eficiente de los portadores de carga y, en última instancia, disminuir la actividad catalítica de los fotocatalizadores.

(3) El paso siguiente implica reacciones redox superficiales de los reactivos correspondientes. Esto implica la rápida transferencia de electrones, capaces de reducción, y huecos, que poseen potencial de oxidación, a sitios de reacción designados en la superficie de los fotocatalizadores de perovskita de haluro metálico (MHP). Termodinámicamente hablando, lograr reacciones redox exitosas requiere una alineación precisa entre la estructura de bandas de energía del semiconductor y los potenciales de reacción redox. Esta alineación exige que el nivel de energía de la banda de conducción (CB) sea más negativo que el potencial de reducción, mientras que el nivel de energía de la banda de valencia (VB) debe ser más positivo que el potencial de oxidación.

Cómo mantener los fotocatalizadores

01/

Elija los fotocatalizadores adecuados
Elegir los fotocatalizadores adecuados para la aplicación específica es fundamental para evitar la desactivación. Los diferentes fotocatalizadores tienen distintos grados de estabilidad y resistencia a la desactivación. Por lo tanto, es importante seleccionar un fotocatalizador que sea adecuado para las condiciones específicas del proceso. El diseño de los fotocatalizadores también importa. Puede cambiar el área de la superficie, el tamaño de los poros y el tamaño de los gránulos para evitar el envenenamiento por fotocatalizadores.

02/

Mantenga limpios los fotocatalizadores
Una de las principales razones de la desactivación de los fotocatalizadores es la acumulación de contaminantes en su superficie. Estas impurezas pueden provenir de la materia prima o del entorno circundante. Para evitar que esto suceda, es esencial purgar periódicamente el sistema o filtrar la materia prima.

03/

Evite las altas temperaturas
Los fotocatalizadores pueden ser sensibles a las altas temperaturas, lo que puede provocar su desactivación. Es fundamental evitar exponer los fotocatalizadores a temperaturas más allá de su rango operativo seguro. Será mejor que controle la temperatura del sistema y ajuste el proceso en consecuencia.

04/

Monitorear la actividad de los fotocatalizadores
Monitorear la actividad de los fotocatalizadores puede ayudar a detectar cualquier cambio en su desempeño. Esto se puede lograr midiendo periódicamente la velocidad de reacción o realizando pruebas periódicas de fotocatalizadores. Al monitorear la actividad de los fotocatalizadores, se puede identificar cualquier problema de manera temprana y se pueden tomar acciones correctivas para evitar la desactivación.

Nuestra fábrica

Con décadas de experiencia en la fabricación y comercialización de productos químicos de alta-calidad, Gnee Chemical Company suministra productos químicos orgánicos, bioquímicos, productos intermedios farmacéuticos y más. Gnee Chemical cuenta con una fuerza laboral capacitada en investigación y desarrollo. Nuestro equipo de más de 200 personas es responsable de las pruebas de calidad, el control de producción y el servicio postventa-como un servicio integral-. Brindamos soluciones de investigación y desarrollo y producción a nuestros clientes globales. Nos adherimos al principio de "calidad primero" y hemos obtenido la certificación ISO 9001. También hemos establecido un centro de pruebas dedicado para implementar estrictos estándares de control de calidad en todas las etapas del proceso de producción. Los inspectores de calidad supervisan de cerca el proceso de producción de cada producto para garantizar la calidad de los productos químicos finales.

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Certificaciones

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuáles son las limitaciones del sistema fotocatalítico?

R: Sin embargo, muchos de los fotocatalizadores semiconductores no pueden absorber la luz visible del espectro solar debido a su amplia banda prohibida. Se demostró que la incorporación de un elemento extraño, como un dopante, en la red de estos fotocatalizadores reduce su banda prohibida y mejora la absorción de luz visible.

P: ¿Cuáles son los desafíos técnicos de la fotocatálisis?

R: Varios factores, incluida la recombinación de portadores de carga-, la inhibición de la transferencia de carga interfacial, la eficiencia de degradación y la separación de cargas, reducen la eficacia del proceso de fotocatálisis cuando se exponen al espectro visible [138]. Uno de los desafíos más destacados es el almacenamiento bajo de hidrógeno [83].

P: ¿Son reutilizables los fotocatalizadores?

R: Las películas fotocatalíticas de MoS2 son fácilmente recuperables y reutilizables. Las películas exhiben una alta estabilidad estructural y química incluso después de 5 ciclos de estudios de degradación.

P: ¿Qué caracteriza a un buen fotocatalizador?

R: Un buen fotocatalizador debe caracterizarse por: (i) la capacidad de absorber radiación de un amplio rango espectral de luz, (ii) la posición adecuada de las bandas de energía del semiconductor alrededor de los potenciales de reacción redox, (iii) alta movilidad y largo camino de difusión de los portadores de carga, (iv) termodinámica.

P: ¿Cuáles son los factores que afectan al fotocatalizador?

R: El grado de adsorción del tinte depende de la concentración inicial del tinte, la naturaleza del tinte, el área de superficie del fotocatalizador y el pH de la solución. El pH determina la carga superficial del fotocatalizador. La adsorción del colorante es mínima cuando el pH de la solución está en el punto isoeléctrico (punto de carga cero).

P: ¿Por qué son importantes los fotocatalizadores?

R: Los fotocatalizadores son materiales excepcionales que pueden alterar fácilmente la energía solar para utilizarla en actividades de oxidación y reducción. Los fotocatalizadores se utilizan en varias áreas, como la eliminación de contaminantes del aire y el agua, la división del agua para generar H2, el control de olores, la inactivación de células cancerosas y la inactivación bacteriana.

P: ¿Por qué los conductores no se utilizan como fotocatalizadores?

R: En el caso del conductor, la banda de valencia y la banda de conducción se superponen. Para una reacción fotocatalítica la condición necesaria es la oxidación y la reducción simultáneamente, pero en la conducción solo están disponibles los electrones libres. En forma de conductor, realizamos solo una reacción de oxidación a la vez, no ambas reacciones simultáneamente.

P: ¿Cuáles son los fotocatalizadores más comunes?

A: óxido de titanio (IV)
A pesar de las prometedoras propiedades del óxido de zinc, el óxido de titanio (IV) sigue siendo el fotocatalizador más utilizado. Esto está relacionado en gran medida con la mayor estabilidad química del TiO2. El óxido de titanio (IV) tiene una brecha de energía similar a la del ZnO (3,2 eV) y un patrón de bandas de energía similar.

P: ¿Cuál es el fotocatalizador más activo?

R: El dióxido de titanio (TiO2) es el fotocatalizador más destacado [1,2,3], ampliamente utilizado debido a su gran actividad fotocatalítica, estabilidad química y biológica, insolubilidad en agua, ambiente ácido y básico, resistividad a la corrosión, no toxicidad, bajo precio y disponibilidad en comparación con el óxido y el sulfuro.

P: ¿Cuáles son los requisitos para un fotocatalizador?

R: Los requisitos de un fotocatalizador incluyen al menos un material semiconductor-A con una banda prohibida de al menos 3 eV, al menos un material semiconductor-B con una banda prohibida menor o igual a 3 eV y al menos un aditivo-C. A medida que aumenta el contenido de fibras del fotocatalizador, la tela puede absorber más amoníaco, el rendimiento del desodorante es mejor y el efecto desodorante también es mejor. Cuando el contenido de fibra fotocatalizador es del 80% y del 100%, los tejidos tienen un buen efecto desodorizante.

P: ¿Cuáles son los problemas con la fotocatálisis?

R: Los desafíos relacionados con el material-incluyen la síntesis y el diseño de fotocatalizadores que puedan absorber la luz visible con una alta eficiencia cuántica, cocatalizadores que sean selectivos y puedan acelerar las reacciones de reducción y/u oxidación, y capas de protección que faciliten la migración de los portadores minoritarios al .

P: ¿Cuáles son los conceptos básicos del fotocatalizador?

R: En la fotocatálisis, la radiación se utiliza para acelerar reacciones químicas. La radiación se divide a grandes rasgos en dos regiones: ultravioleta y visible, que se seleccionan de forma destacada en función del catalizador, por ejemplo. Sólo el 4% del espectro solar pertenece a la región UV.

P: ¿Cuál es la diferencia entre fotocatálisis y fotocatalizador?

R: La fotocatálisis incluye reacciones que tienen lugar utilizando luz y un semiconductor. El sustrato que absorbe la luz y actúa como catalizador de reacciones químicas se conoce como fotocatalizador.

P: ¿Qué es la degradación del fotocatalizador?

R: La degradación fotocatalítica es un proceso de oxidación avanzado que se puede utilizar para degradar contaminantes con alta concentración, complejidad y baja biodegradabilidad [204]. La degradación fotocatalítica utiliza energía luminosa para impulsar la degradación de los contaminantes.

P: ¿Por qué se utiliza la luz ultravioleta en la fotocatálisis?

R: La excitación directa con luz ultravioleta-ha proporcionado durante mucho tiempo una forma única de acceder a las moléculas en su estado excitado y promover una reactividad no convencional. Con la llegada de la fotocatálisis, estos estados excitados se pueden alcanzar utilizando radiaciones menos-energéticas mediante la acción de un fotosensibilizador.

P: ¿Qué metales se utilizan en la fotocatálisis?

R: Aquí, presentamos un proceso fotocatalítico que permite recuperar selectivamente siete metales preciosos: plata (Ag), oro (Au), paladio (Pd), platino (Pt), rodio (Rh), rutenio (Ru) e iridio (Ir), de placas de circuitos de desecho, catalizadores ternarios de automóviles y minerales.

P: ¿Cuáles son los nanomateriales para fotocatálisis?

R: Las nanopartículas metálicas como el platino, la plata y el oro, o sus combinaciones, son materiales excelentes en comparación con varios óxidos-a base de metales. Estos materiales tienen buenas propiedades electrónicas y fotocatalíticas.

P: ¿Cuáles son las limitaciones de la fotocatálisis?

R: Una limitación es el estrecho rango de respuesta a la luz y la insuficiente capacidad de separación de carga de los materiales semiconductores actualmente disponibles. Otra limitación es el desafío de ampliar la fotocatálisis a un proceso industrial que sea competitivo en costos-con las tecnologías existentes.

P: ¿Cuáles son los parámetros que afectan la fotocatálisis?

R: En la degradación fotocatalítica de tintes en aguas residuales, los siguientes son parámetros operativos que afectan el proceso: pH de la solución a degradar y el pH de la solución precursora (solución del catalizador durante la preparación del catalizador); agente oxidante, temperatura de calcinación, contenido de dopante y catalizador...

P: ¿La fotocatálisis produce ozono?

R: Sí, dependiendo de la longitud de onda UV. La luz ultravioleta oscila entre 160 y 240 nanómetros y es ideal para crear ozono a partir de oxígeno. Tenga en cuenta que las moléculas de oxígeno crean ozono mediante un proceso conocido como fotólisis. El proceso generalmente altera la molécula de oxígeno y da como resultado átomos de oxígeno valerosos.

Como uno de los principales fabricantes y proveedores de fotocatalizadores en China, le damos una calurosa bienvenida a la venta al por mayor de fotocatalizadores baratos aquí desde nuestra fábrica. Todos los productos químicos son de alta calidad y precio competitivo.

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