Efecto de la concentración de nanopartículas de ZnO, ZnO:Cu y Fe3O4, en su capacidad fotocatalítica para degradar verde malaquita en agua
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Date
2022
Authors
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Publisher
Universidad Nacional de Trujillo
Abstract
En el presente informe se sintetizaron nanopartículas de óxido de zinc (ZnO) puro y dopado_x000D_
con Cu usando el método sol-gel modificado y nanopartículas de ferritas utilizando el _x000D_
método de co-precipitación. Se evaluaron sus propiedades estructurales, ópticas y _x000D_
fotocatalíticas de las nanopartículas sintetizadas a través de los análisis de difracción de _x000D_
rayos X (XRD), espectroscopia Raman, espectroscopia de infrarrojo por transformada de _x000D_
fourier (FTIR), espectroscopia UV-vis, Fotoluminiscencia (PL) y dispersión dinámica de luz _x000D_
(DLS). El análisis de XRD evidencio que las nanopartículas de ZnO puras y dopadas con Cu _x000D_
presentaron estructura hexagonal del tipo wurtzita sin la presencia de fases secundarias al _x000D_
momento de realizar el dopaje con Cu, mientras que las nanopartículas de Fe3O4 presentaron_x000D_
los picos característicos de la magnetita en su espectro de XRD. La espectroscopia Raman _x000D_
corroboro los resultados obtenidos por XRD observándose las bandas asociadas tanto a la _x000D_
formación del ZnO puro y dopado, como de las nanopartículas de ferritas sintetizadas. Los _x000D_
espectros de UV-vis revelaron que las nanopartículas del ZnO puro y dopado presentan una _x000D_
alta absorción en el rango ultravioleta, mientras que las nanopartículas de ferrita exhibieron _x000D_
absorción de luz UV en la región de luz visible menor de 700nm. Los resultados de _x000D_
espectroscopia PL revelaron que con el dopaje del ZnO disminuye la fuerte emisión en el _x000D_
rango visible que muestran las nanopartículas de ZnO puro, mientras que las ferritas _x000D_
muestran una fuerte emisión violeta y moderada emisión en el azul. Con la espectroscopia _x000D_
de DLS se obtuvieron los tamaños promedio de las nanopartículas mediante el análisis por _x000D_
distribución Nicomp, cuyos valores estuvieron dentro del rango nanométrico. Los ensayos _x000D_
de fotocatálisis se realizaron con concentraciones de 120, 240, 360 y 480 mg/L de _x000D_
nanopartículas para la degradación de verde malaquita bajo irradiación UV. La degradación _x000D_
del contaminante fue evaluada a través de su espectro de absorbancia extrayendo muestras a _x000D_
intervalos de tiempo definidos para cada tipo de nanopartículas. Los resultados obtenidos _x000D_
revelaron que al aumentar la concentración de nanopartículas de ZnO, aumenta la velocidad _x000D_
de degradación del contaminante. Mientras que al aumentar la concentración de _x000D_
nanopartículas de ZnO dopadas con Cu, estas no afectaron considerablemente la degradación _x000D_
fotocatalítica del contaminante. Las ferritas evidenciaron degradación del contaminante _x000D_
cuando la concentración llega a 480 mg/L
Description
In the present report, pure and Cu-doped zinc oxide (ZnO) nanoparticles were synthesized _x000D_
using the modified sol-gel method and ferrite nanoparticles using the co-precipitation _x000D_
method. The structural, optical and photocatalytic properties of the synthesized nanoparticles _x000D_
were evaluated through X-ray diffraction (XRD) analysis, Raman spectroscopy, Fourier _x000D_
transform infrared spectroscopy (FTIR), UV-vis spectroscopy, Photoluminescence (PL) and _x000D_
dynamic light scattering (DLS). The XRD analysis showed that pure and Cu-doped ZnO _x000D_
nanoparticles appeared wurtzite-type hexagonal structure without the presence of secondary _x000D_
phases at the time of Cu-doping, while Fe3O4 nanoparticles showed the characteristic peaks _x000D_
of magnetite in its XRD spectrum. Raman spectroscopy corroborated the results obtained by _x000D_
XRD, observing the bands associated with both the formation of pure and doped ZnO, and _x000D_
the synthesized ferrite nanoparticles. UV-vis spectra revealed that pure and doped ZnO _x000D_
nanoparticles exhibit high absorption in the ultraviolet range, while ferrite nanoparticles _x000D_
exhibited UV light absorption in the visible light region less than 700nm. PL spectroscopy _x000D_
results revealed that with ZnO doping decreasing the strong emission in the visible range _x000D_
displayed by pure ZnO nanoparticles, while ferrites show strong violet emission and _x000D_
moderate blue emission. With DLS spectroscopy, the average sizes of the nanoparticles were _x000D_
stored by Nicomp distribution analysis, which were the values within the nanometric range. _x000D_
Photocatalysis tests were carried out with concentrations of 120, 240, 360 and 480 mg/L of _x000D_
nanoparticles for the degradation of malachite green under UV irradiation. The qualification _x000D_
of the contaminant was evaluated through its absorbance spectrum, extracting samples at _x000D_
defined time intervals for each type of nanoparticles. The results obtained revealed that by _x000D_
increasing the concentration of ZnO nanoparticles, the rate of degradation of the contaminant _x000D_
increases. While increasing the concentration of ZnO nanoparticles doped with Cu, it does _x000D_
not affect the photocatalytic degradation of the contaminant with greater degradation. The _x000D_
ferrites showed degradation of the contaminant when the concentration reaches 480 mg/L
Keywords
Nanopartículas, Óxido de zinc, Ferritas y verde malaquita