ES2653694B2 - Fotocatalizador para la producción de hidrógeno y método para la obtención de dicho fotocatalizador - Google Patents

Fotocatalizador para la producción de hidrógeno y método para la obtención de dicho fotocatalizador Download PDF

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Abstract

Fotocatalizador para la producción de hidrógeno, que se basa en una combinación de óxidos de cobre, hierro, titanio y estaño, estando el nuevo fotocatalizador representado por la siguiente fórmula (1):#Cu{sub,2}O(a)/Fe{sub,2}O{sub,3}/TiO{sub,2}/SnO (I)#donde (a) representa la cantidad de óxido de cobre, ingrediente que actúa como aceptor de electrones, respecto del resto de óxidos, y que tiene un valor de 0,5 a 1% en peso basado en el peso total del compuesto; y método de obtención de dicho fotocatalizador.

Description

FOTOCATALIZADOR PARA LA PRODUCCION DE HIDROGENO Y METODO PARA LA OBTENCION DE DICHO FOTOCATALIZADOR
DESCRIPCION
5
Fotocatalizador para la production de hidrogeno y metodo para la obtencion de dicho fotocatalizador.
OBJETO DEL INVENTO
10
La presente invention tiene por objeto la description de un nuevo fotocatalizador utilizable para la production y obtencion de hidrogeno, compuesto por diferentes oxidos y obtenido a partir de la combination de diferentes sulfatos metalicos. En el presente documento tambien se define el metodo por el cual se obtiene dicho fotocatalizador.
15
El campo de aplicacion de la presente invencion es el sector industrial relacionado con la produccion de fotocatalizadores, mas especialmente con fotocatalizadores cuyo objetivo es producir hidrogeno.
20 ESTADO DE LA TECNICA DE LA INVENCION
Es conocido dentro del sector industrial de la production de hidrogeno, que su obtencion a partir de procesos fotocataliticos es una de las opciones mas prometedoras para obtener hidrogeno a partir de la luz solar. Sin embargo, estudios de revistas especializadas como Nature 25 Chemistry evidencian que la eficiencia de los fotocatalizadores conocidos para este tipo de sistemas es aun muy baja y economicamente costosa de conseguir.
En este sentido, se conocen fotocatizadores para la production de hidrogeno dentro del estado de la tecnica, pero todos ellos se basan en una composition y elementos base que difieren del 30 que se describe en la presente invention, y con los que los costes de production se elevan, y el proceso o metodo de obtencion del mismo no solo difiere, sino que tecnicamente y
economicamente es mas complejo.
Es conocida la existencia de fotocatilizadores basados en sulfuro de Cadmio (CdS), como por ejemplo lo divulgado en la patente EP1127614 donde el fotocatalizador esta representado por 5 la siguiente formula:
m(A)/Cd[M(B)]S
donde m representa un elemento metalico impurificado tal como un acelerador de electrones, y M es un elemento catalizador.
10 Es conocido tambien lo divulgado en la patente EP0778793 donde se expone un fotocatalizador para la production de hidrogeno consistente en un ingrediente cataliticamente activo como el Cesio (Cs) con el que se impregna un soporte K4Nb6Oi7 de tal forma que el fotocatalizador esta representado por la siguiente formula:
Cs(a)/ K4Nb6Oi7 15
Es conocida la existencia de fotocatalizadores para la production de hidrogeno basados en una mezcla de sulfuro de cinc y sulfuro de molibdeno, tal como se divulga en la patente EP2867i69.
20 Se conoce tambien fotocatalizadores para la production de hidrogeno basados en ZnS, tal como se divulga en la patente EP0930939 y que tienen siguiente formula:
Pt(a)/Zn[M(b)]S
y donde la generacion de hidrogeno se basa en una mezcla del fotocatalizador en un medio acuoso con Na2S y NaH2PO2.
25
Tambien relacionado con la presente invention se destaca que la existencia de fotocatalizadores basados unicamente en dioxido de titanio; por ejemplo el fotocatalizador divulgado en el documento EPi7i3726 donde se hace precipitar dioxido de titanio hidratado a partir de una solution acuosa de oxicloruro de titanio anadiendo a la solution particulas de dioxido de titanio 30 en forma de nucleos cristalinos y en aislar y calcinar el producto resultante de la etapa de precipitacion; lo divulgado en el documento EPi68i370 donde se prepara un fotocatalizador
basado en TiO2 en polvo con el objetivo de mejorar la protection para sustratos o capas superficiales sensibles a la capa fotocatalftica; o procedimientos para la obtencion de hidrogeno a partir de fotocatalizadores de TiO2 dopados con Platino como lo divulgado en la patente ES2524492.
5
Habida cuenta de las soluciones y antecedentes existentes en el estado de la tecnica, la presente invention describe un nuevo fotocatalizador para la production de hidrogeno, compuesto por una mezcla de diferentes oxidos y basado en la combination de sulfatos metalicos, esencialmente de hierro, titanio y estano, al igual que para la obtencion de dicho fotocatalizador 10 se requiere de un metodo que provoca un rendimiento mejorado respecto de los anteriores, con unos costes y tiempos inferiores, y en el que se emplean componentes con mejores prestaciones ecologicas, lo cual hace que su implantacion industrial sea mas favorable respecto de los procesos existentes en el estado de la tecnica.
15 DESCRIPCION DEL INVENTO
La presente invention consiste en un nuevo fotocatalizador compuesto por diferentes oxidos y basado en diferentes sulfatos metalicos en combination, siendo este nuevo fotocatalizador usado para la production de hidrogeno, dado que la combination de este en agua bquida bajo 20 la influencia de ene^a o luz solar genera una reaction que produce hidrogeno.
En este sentido, la presente invention, frente a otros fotocatalizadores conocidos en el estado de la tecnica, introduce la posibilidad de basarse en productos mas abundantes y menos costosos, lo cual aumenta la rentabilidad del proceso, al igual que se basa en elementos 25 medioambientalmente mas beneficiosos, lo cual genera un impacto menor respecto de los conocidos hasta la fecha.
En concreto, el nuevo fotocatalizador para la produccion de hidrogeno que se propone en la presente invention tiene una composition representada por la siguiente formula (I):
Cu2O(a)/Fe2O3/TiO2/SnO (I)
Tal como se puede observar, se trata de un compuesto oxido de metal, en concreto de oxidos de cobre, hierro, titanio y estano; donde el oxido de cobre es un aceptor de electrones, y donde su proportion viene determinada por el valor (a) que corresponde al 0,5-1% en peso basado en 5 el peso total del compuesto
Para obtener el nuevo fotocatalizador, se requiere de un metodo de obtencion que comprende las siguientes etapas:
10 a) se disuelve en agua destilada los sulfatos metalicos FeSO4, Ti(SO4)2 y Sn SO4;
donde la proportion en peso sobre el total de la disolucion de FeSO4, Ti(SO4)2 y Sn SO4 esta comprendida entre:
15
- FeSO4: 60-75%;
- Ti(SO4)2: 5-20%; y
- Sn SO4: 15-30%.
b) se anade una solution concentrada de Na(OH)2 en la disolucion de la etapa a) en una concentration no mayor a la masa total de la disolucion de la etapa a);
20
c) se hace reposar la mezcla resultante de la combination de las etapas anteriores, y donde el tiempo de reposo se encuentra comprendido entre 6 y 24 horas;
d) se filtra el precipitado obtenido de la etapa c);
25
e) se hace reposar el resultante obtenido de la etapa d), y donde el tiempo de reposo se encuentra comprendido entre 48 y 120 horas.;
f) se muele y tamiza el resultante obtenido de la etapa e);
30
g) se anade CmO al resultante de la etapa f); donde el CmO anadido se encuentra comprendido entre 0,5 - 1% respecto del total de la masa obtenida en dicha etapa f).
h) se calienta el producto obtenido en la etapa g) a una temperatura de al menos
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400°C;
i) se muele y tamiza el producto obtenido de la etapa h); y
j) se obtiene el fotocatalizador con composition Cu2O(a)/Fe2O3/TiO2/SnO
Este nuevo fotocatalizador obtiene su principal ventaja de que requiere para su obtencion de unas condiciones cotidianas respecto de temperatura ambiente y/o presion atmosferica, adaptando su produccion a unos sencillos medios si se compara con la obtencion de cualquier otro fotocatalizador conocido.
A modo de ejemplo, y con mayor detalle respecto de lo previamente indicado, separando los diferentes compuestos base de los que parte la obtencion del fotocatalizador, a continuation, se amplia y detalla el metodo de obtencion dicho fotocatalizador, donde:
a) se disuelve en agua destilada los sulfatos metalicos FeSO4, Ti(SO4)2 y Sn SO4; donde la proportion en peso sobre el total de la disolucion del 65% de FeSO4, 15% de Ti(SO4)2 y 20% de Sn SO4;
b) se anade una solution concentrada de Na(OH)2 en la disolucion de la etapa a) en una concentracion no mayor a la masa total de la disolucion de la etapa a);
c) se hace reposar 12 horas la mezcla resultante de la combination de las etapas anteriores;
d) se filtra el precipitado obtenido de la etapa c);
e) se hace reposar 80 horas el resultante obtenido de la etapa d);
f) se muele y tamiza el resultante obtenido de la etapa e);
g) se anade CmO al resultante de la etapa f); donde el CmO anadido es el 0,75% en masa respecto del total de la masa obtenida en dicha etapa f).
h) se calienta el producto obtenido en la etapa g) a una temperatura de 450°C;
i) se muele y tamiza el producto obtenido de la etapa h); y
j) se obtiene el fotocatalizador con composicion Cu2O(a)/Fe2O3/TiO2/SnO donde el valor (a) que corresponde al 0,75% en peso basado en el peso total del compuesto.
Para finalizar, se considera que cualquier otra caracteristica, ventaja y tipo de realization de las que previamente se ha descrito queda facilmente clara para los tecnicos normales de este sector industrial despues de leer los anteriores argumentos. En este sentido, aunque se han descrito con gran detalle la realization especffica del metodo de obtencion del fotocatalizador, se ha 5 tratado de elaborar la description desde un sentido amplio y no limitativo, con lo que se pueden
realizar leves variaciones y modificaciones sin salirse del alcance de la invention segun lo descrito y lo que se reivindica a continuacion.
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Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1. - Metodo de obtencion de un fotocatalizador para la production de hidrogeno basado en una combination de oxidos de cobre, hierro, titanio y estano, que se caracteriza por comprender
    5 las siguientes etapas:
    a) se disuelve en agua destilada los sulfatos metalicos FeSO4, Ti(SO4)2 y Sn SO4; donde la proportion en peso sobre el total de la disolucion de FeSO4, Ti(SO4)2 y Sn SO4 esta comprendida entre: FeSO4: 60-75%; Ti(SO4)2: 5-20%; y Sn SO4: 15-30%;
    b) se anade una solution concentrada de Na(OH)2 en la disolucion de la etapa a) en 10 una concentration no mayor a la masa total de la disolucion de la etapa a);
    c) se hace reposar la mezcla resultante de la combination de las etapas anteriores;
    d) se filtra el precipitado obtenido de la etapa c);
    e) se hace reposar el resultante obtenido de la etapa d);
    f) se muele y tamiza el resultante obtenido de la etapa e);
    15 g) se anade CmO al resultante de la etapa f); donde el Cu2O anadido se encuentra
    comprendido entre 0,5 - 1% respecto del total de la masa obtenida en dicha etapa f);
    h) se calienta el producto obtenido en la etapa g) a una temperatura de al menos
    400°C;
    i) se muele, tamiza y mezcla el producto obtenido de la etapa h); y
    20 j) obtencion de un fotocatalizador representado en la siguiente formula (I):
    Cu2O(a)/Fe2O3/TiO2/SnO (I)
    donde (a) representa la cantidad de oxido de cobre, ingrediente que actua como aceptor de electrones, respecto del resto de oxidos, y que tiene un valor de 0,5 a 1% en peso basado en el peso total del compuesto.
    25
  2. 2. - Metodo segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por que en la etapa c) el tiempo de reposo se encuentra comprendido entre 6 y 24 horas.
  3. 3. - Metodo segun la reivindicacion 1, que se caracteriza por que en la etapa e) el tiempo de 30 reposo se encuentra comprendido entre 48 y 120 horas.
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