Photocatalytic Treatment Based on TiO2 for a Coal Mining Drainage

Abstract

The aim of the present work was to evaluate the effectiveness of a heterogeneous photocatalyst based on T iO2 in the treatment of coal mining drainage which contains a variety of heavy metals and high concentration sulfates and sulfides. The photocatalytic behavior of the commercial reference Sigma Aldrich and the different materials synthesized using the Sol-gel methodology with surface modifications using sulfation and fluorination processes were analyzed. To find a possible correlation between the physicochemical properties of photocatalysts and their behavior, a characterization was carried out using X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Fluorescence spectrometry (XRF), Fourier transform infrared spectroscopy (FT–IR), UV–Vis diffuse reflectance Spectra (UV-Vis DRS), N2 physisorption, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and particle size analysis. Results indicated that the modification of the T iO2 prepared in the laboratory using sulfation and fluorination allowed the successful control of the physicochemical properties of this oxide. However, commercial T iO2 showed the greatest effectiveness in removing metals such as: Fe, Cu, Cr, and As after a photocatalytic reaction for a maximum of 1 hour under continuous nitrogen flow and a light intensity of 120 W/m2.

El objetivo del presente trabajo fue evaluar la efectividad de la fotocatálisis heterogénea basada en T iO2 en el tratamiento de un drenaje de la minería de carbón, contaminado con una variedad de metales pesados y altas concentraciones de sulfatos y sulfuros. Se analizó el comportamiento fotocatalítico de la referencia comercial (Sigma Aldrich) y de los distintos materiales sintetizados por la metodología Sol–gel, con modificaciones en superficie por procesos de sulfatación y fluorización. Para hallar una posible correlación entre las propiedades físicoquímicas de los fotocatalizadores y su comportamiento, se realizó una amplia caracterización usando técnicas de análisis instrumental como Difracción de rayos X (DRX), Fluorescencia de rayos X (FRX), Espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FT–IR), Espectrofotometría UV–Vis de reflectancia Difusa (UV–Vis DRS), Fisisorción de N2, Espectroscopia fotoelectrónica de rayos X y granulometría. En general se encontró que la modificación del T iO2 preparado en el laboratorio por sulfatación y fluorización permitió el control exitoso de las propiedades físicoquímicas de este óxido. Sin embargo, el T iO2 comercial presentó la mayor efectividad en la remoción de metales como: Fe, Cu, Cr y As, todo ello empleando un máximo de 1 hora de reacción fotocatalítica, bajo flujo continuo de nitrógeno y una intensidad de luz de 120 W/m2.