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Efecto de la modificación superficial de ilmenita natural (FeTiO3) con heteropoliácidos en la remoción fotoactivada de arsénico

Resumen

Ilmenita natural (FeTiO3) fue modificada superficialmente con ácido fosfotúngstico “PTA” (H3PW12O40) con el objetivo de disminuir la tasa de recombinación de los pares electrón/hueco y potenciar su desempeño fotocatalítico en la oxidación de As(III) a As(V). La modificación se realizó mediante un proceso físico de impregnación húmeda variando la relación PTA/FeTiO3 adicionado (0,2, 0,3 y 0,4 g PTA/ g FeTiO3) y la relación volumétrica etanol:agua del medio de impregnación (R.V. 2:1, 1:1 y 1:2). El porcentaje de heteropoliácido impregnado en la superficie de la ilmenita fue medido indirectamente a través de la medición de W por espectroscopía de absorción atómica (AAS) y se observó una relación directamente proporcional entre la cantidad de PTA impregnado y el volumen de agua en el medio. Los materiales obtenidos fueron analizados mediante UV-Vis DRS para determinar su ancho de banda prohibida (Eg) y gráficas Mott-Schottky para calcular la densidad de portadores de carga y la posición del potencial de banda plana. La construcción del diagrama de bandas permitió observar que el Eg de los materiales aumentó en una proporción de 0,04 eV y que este cambio se debió principalmente al desplazamiento de la banda de valencia a valores más positivos de potencial debido a la impregnación con aniones fosfotúngstico. Experimentos de potencial de circuito abierto (OCP) en luz y oscuridad demostraron que los materiales son semiconductores tipo n y que, una vez detenida la iluminación, los materiales se mantienen reducidos. Así mismo, en las pruebas de fotocorriente realizadas se observó que los materiales modificados exhibieron un mayor flujo de electrones fotogenerados y que la estabilidad de estos e- se mantuvo en el tiempo. Las pruebas fotoelectroquímicas aplicadas mostraron que el PTA actúa como sitios de almacenamiento de electrones, lo que se vio reflejado en una disminución en la foto-respuesta de la ilmenita ante la incidencia de luz visible, así como una separación más eficiente de los pares electrón/hueco. Esta mejora electroquímica se manifiesta en el aumento de la eficiencia fotocatalítica de los materiales modificados en la foto-oxidación de As(III) a As(V), los cuales exhibieron una eficiencia de oxidación mayor al 58,3%. Finalmente, se estudió el mecanismo de oxidación y la función del PTA como aceptor de electrones, y su influencia en el aumento del poder oxidante de los materiales modificados.