Nanostructured metal oxides supported on stainless steel wire meshes : versatile monolithic catalysts for environmental and energy applications

Abstract

En esta Tesis Doctoral se presentan nuevas estrategias de síntesis para la fabricación de catalizadores monolíticos constituidos por óxidos metálicos de elevada superficie soportados en mallas flexibles de acero inoxidable. En la primera parte se desarrollan diversas metodologías para la síntesis de estructuras de ZnO con diferente morfología (nanovarillas o nanohojas) y con diferente carácter polar, que se han estudiado en la degradación fotocatalítica de azul de metileno, obteniéndose actividades catalíticas en algunos casos superiores a la del fotocatalizador de referencia (P25 TiO2). Estos catalizadores, sin embargo, se desactivan rápidamente debido al proceso de fotocorrosión inducida por la luz UV. Se ha desarrollado un método de recubrimiento con polisiloxano que permite la protección efectiva de los fotocatalizadores impidiendo su desactivación. En la segunda parte de esta Tesis, se emplea un material consistente en ZnO altamente polar constituido por nanohojas y soportado sobre una malla metálica como molde de sacrificio para la síntesis de diversos óxidos metálicos de distinta naturaleza, en un proceso de hidrólisis del ión metálico y disolución simultánea del ZnO a temperatura ambiente. Mediante este procedimiento se consiguen réplicas de la morfología inicial del ZnO soportado obteniéndose óxidos puros de elevada superficie específica y alto rendimiento (CuO, Fe2O3, TiO2, CeO2 o soluciones sólidas de CdxZn1-xO (x=0.01-0.20) y Ni0.7Zn0.3O) sobre las mallas de acero. En función del material sintetizado, los catalizadores monolíticos han sido utilizados para distintas aplicaciones. Se ha comprobado que el óxido Fe2O3 es un buen catalizador para la degradación de azul de metileno mediante un proceso de tipo Fenton con peróxido de hidrógeno y que el Ni0.7zn0.3O exhibe elevada actividad catalítica para la producción de hidrógeno a partir de metanol, especialmente mediante la reacción de descomposición de metanol. Por otro lado, el TiO2 alcanza actividades muy elevadas en la degradación fotocatalítica de azul de metileno, mientras que el CdxZn1-xO es un catalizador mucho más estable que el ZnO puro en la misma reacción, además de tener mayor actividad bajo luz visible. Con las técnicas desarrolladas en esta tesis es posible fabricar una amplia variedad de óxidos metálicos de elevada superficie soportados en un material monolítico y flexible, como es la malla de acero inoxidable, que puede ser utilizado fácilmente en reactores catalíticos estructurados con elevadas prestaciones, para aplicaciones energéticas y medioambientales.