Fotocatalizadores Pd/TiO2 fabricados mediante impresión 3D para la foto-generación de hidrógeno a partir de mezclas de agua-etanol

Abstract

Los problemas de contaminación ambiental derivados por el consumo de combustibles fósiles como fuentes de energía, está impulsando el uso de alternativas energéticas verdes. El hidrógeno se ha convertido en una fuente energética limpia y renovable muy conveniente por su alto rendimiento energético. El hidrógeno es el elemento químico más abundante del universo, pero su obtención en estado puro dificulta su uso como fuente de energía renovable, por lo que los actuales métodos de estudio están siendo muy relevantes para producirlo. De entre todos los procesos de obtención de hidrógeno, el estudiado en este proyecto es el de la deshidrogenación fotocatalítica utilizando un catalizador de TiO2 con nanopartículas metálicas (paladio en este caso) y una fuente de luz UV. El objetivo de este proyecto es fabricar catalizadores monolíticos utilizando impresoras 3D con las que imprimir diversas estructuras, las cuales se les aplican diferentes procesos de adición de las nanopartículas de paladio (pre-impregnación o post-impregnación), con el fin de estudiar los aspectos que influyen en la obtención de una cantidad elevada de hidrógeno. Los resultados obtenidos mostraron una relación entre el área expuesta del catalizador a la luz UV y la fotorreacción, donde a mayor área superficial mayor producción de hidrógeno. También reveló los efectos de aplicar diversas cantidades de nanopartículas de paladio en el monolito de TiO2, donde se observó que es preferible aplicar pequeñas cantidades de paladio, puesto que permite tiempos de desactivación en la fotorreacción más lentos y resultados de producción de hidrógeno no muy diferentes a los obtenidos con las muestras que aplicaban mayores cantidades de paladio. Para finalizar, en lo referente al estudio de las diferentes técnicas de adición de las nanopartículas de paladio, se observó que el método de pre-impregnación de las nanopartículas mostraba resultados inferiores al de la post-impregnación, pero estos resultados eran preferibles si se tenía en cuenta la laboriosidad que mostraba fabricar monolitos a partir del método de la post-impregnación.

Els problemes de contaminació ambiental derivats per el consum de combustibles fòssils com a font d’energia, està impulsant l’ús d’alternatives energètiques verdes. L’hidrogen s’ha convertit en una font energètica neta i renovable molt convenient per el seu alt rendiment energètic. L’hidrogen és l’element químic més abundant de l’univers, però la seva obtenció en estat pur dificulta el seu ús com a font d’energia renovable, per això els actuals mètodes d’estudis estan sent molt rellevants per produir-ho. De tots el processos d’obtenció d’hidrogen, l’estudi d’aquest projecte és la deshidrogenació fotocatalítica utilitzant un catalitzador de TiO2 amb nanopartícules metàl·liques (pal·ladi en aquest cas) i una font de llum UV. L’objectiu d’aquest projecte és fabricar catalitzadors monolítics utilitzant impressores 3D amb les que imprimir diverses estructures, les quals se l’aplicaren diferents processos d'addició de les nanopartícules de pal·ladi (pre-impregnació o post-impregnació), per tal d'estudiar els aspectes que influeixen en l'obtenció d’una quantitat elevada d’hidrogen. Els resultats obtinguts mostren una relació entre l’àrea exposada del catalitzador a la llum UV i la fotorreacció, on a major àrea exposada major producció d’hidrogen. També va revelar els efectes d’aplicar diverses quantitats de nanopartícules de pal·ladi en el monòlit de TiO2, on s’observa que és preferible aplicar petites quantitats de pal·ladi, ja que mostra temps de desactivació molt lents i resultats de producció no molt diferents als obtinguts amb les mostres que s'apliquen quantitats majors de pal·ladi. Per a finalitzar, pel que fa a l’estudi de les diferents tècniques d'addicció de les nanopartícules de pal·ladi, es va observar que el mètode de pre-impregnació de les nanopartícules mostrava resultats inferiors al de la post-impregnació, però aquest resultats eren preferibles si es considera la laboriositat que mostrava fabricar monòlits a partir del mètode de la postimpregnació.

The environmental pollution problems derived from the consumption of fossil fuels as energy sources, is promoting the use of green energy alternatives. Hydrogen has become a very desirable clean and renewable energy source due to its high energy efficiency. Hydrogen is the most abundant chemical element in the universe, but obtaining it in its pure state makes it difficult to use it as a source of renewable energy, so current study methods are being very relevant to produce it. Among all the processes for obtaining hydrogen, the one studied in this project is photocatalytic dehydrogenation using a TiO2 catalyst with metallic nanoparticles (palladium in this case) and a UV light source. The objective of this project is to manufacture monolithic catalysts using 3D printers to print various structures, which are applied different processes of addition of palladium nanoparticles (pre-impregnation or post-impregnation), in order to study the aspects that influence the obtaining of a high quantity of hydrogen. The results obtained showed a relation between the area exposed of the catalyst to UV light and the photoreaction, where the greater the surface area, the greater the hydrogen production. It also revealed the effects of applying various amounts of palladium nanoparticles on the TiO2 monolith, where it was observed that it is preferable to apply small amounts of palladium, since it allows slower photoreaction deactivation times and hydrogen production results that are not very different to those obtained with the samples that applied greater amounts of palladium. Finally, to the study of the different techniques for adding palladium nanoparticles, it was observed that the pre-impregnation method of the nanoparticles showed lower results than the post-impregnation, but these results were preferable if you had taking into account the laboriousness of making monoliths using the post-impregnation method.