Degradación fotocatalítica de fenol mediante catalizadores híbridos de cadmio-TiO₂/quitosano

Abstract

Se desarrollaron catalizadores híbridos de TiO₂ dopado con cadmio (Cd- TiO₂) y quitosano hidrolizado (Cd-TiO₂/Q) para la degradación fotocatalítica de fenol en agua. Los catalizadores de TiO₂, TiO₂/Q, Cd-TiO₂ y Cd-TiO₂/Q se caracterizaron mediante fisisorción de N₂, espectroscopia Raman, reflectancia difusa UV-vis, difracción de rayos X, espectroscopia de rayos X y microscopía electrónica de barrido por energía dispersiva. Los resultados de la degradación fotocatalítica de fenol se ajustaron a un modelo cinético de pseudo-primer orden, donde los catalizadores híbridos Cd-TiO2 y Cd-TiO₂/Q mostraron una constante cinética un 45% mayor que los catalizadores TiO₂, TiO₂/Q y Cd-TiO₂ bajo irradiación UV. La incorporación de Cd y Q al sistema TiO₂ modificó las propiedades superficiales del catalizador Cd-TiO₂/Q, reduciendo el área superficial hasta 7.7 veces en comparación con el TiO₂. El efecto sinérgico de los cationes Cd²⁺ y grupos funcionales del Q es responsable del mejor rendimiento del Cd-TiO₂/Q, a pesar de su menor área superficial específica. Este catalizador también mantuvo la dominancia de la fase A-TiO₂ y mostró evidencia de dopaje sustitucional sin la formación de una fase cristalina secundaria de Cd.

Hybrid catalysts of cadmium-doped TiO₂ (Cd-TiO2) and hydrolysed chitosan (Cd-TiO₂/Q) were developed for the photocatalytic degradation of phenol in water. The TiO₂, TiO₂/Q, Cd-TiO₂, and Cd-TiO₂/Q catalysts were characterised by N₂ physisorption, Raman spectroscopy, UV–vis diffuse reflectance, X-ray diffraction, X-ray spectroscopy, and energy-dispersive scanning electron microscopy. The photocatalytic phenol degradation results were fitted to a pseudo-first-order kinetic model, in which the Cd-TiO₂ and Cd-TiO₂/Q hybrid catalysts exhibited a 45% higher kinetic constant than the TiO₂, TiO₂/Q, and Cd-TiO₂ catalysts under UV irradiation. The incorporation of Cd and Q into the TiO₂ system modified the surface properties of the Cd-TiO₂/Q catalyst, reducing the surface area by up to 7.7 times compared to TiO₂. The synergistic effect of the Cd²⁺ cations and Q functional groups is responsible for the improved performance of Cd-TiO₂/Q, despite its lower specific surface area. This catalyst also maintained the dominance of the A-TiO₂ phase and showed evidence of substitutional doping without the formation of a secondary Cd crystalline phase.