Se diseñará y fabricará un prototipo de reactor fotocatalítico que use los fotocatalizadores desarrollados en el presente proyecto (nanopartículas de TiO2 y ZnO dopadas con iones metálicos (M) y soportadas sobre óxido de grafeno reducido (RGO)). El dopaje con iones metálicos reduce el bandgap del fotocatalizador y aumenta el tiempo de vida del par electrón/hueco. El RGO tendrá varias funciones; actúa como soporte del catalizador gracias a su elevada superficie. Además, la conductividad eléctrica del RGO permite la deslocalización de los electrones generados mediante fotocatálisis, lo que aumenta el tiempo de vida del par electrón/hueco y la eficiencia del proceso fotocatalítico. La fabricación de los catalizadores se llevará a cabo principalmente con la tecnología sol-gel que presenta ventajas como la producción de nanopartículas de alta área superficial. Por otra parte, se emplearán fotocatalizadores obtenidos de un proceso de valorización de residuos industriales (ZnO). Se dará por tanto una aplicación a un residuo recuperado de la industria de la transformación de metales no férreos. Por otra parte, se desarrollarán diferentes tipos de soportes para fijar los catalizadores desarrollados, de modo que se emplearán técnicas avanzadas de fabricación avanzada para la fabricación de los soportes físicos (monolitos), así como otro tipo de tratamientos de adhesión superficial (esprayado, inmersión). Posteriormente se creará un reactor de lecho fijo con el catalizador soportado sobre las paredes o elementos adosados al mismo (p.ej.: monolitos,…), evitando así la etapa de filtrado del fotocatalizador. Adicionalmente, el sistema incluirá sistema de LEDs como fuente de radiación más eficiente que las lámparas convencionales, dos mejoras respecto a los productos convencionales. Finalmente, el sistema será testeado con aguas refractarias de varios sectores industriales: cartonaje, químicos, procesado de metales y aguas residuales.

Durante la anualidad 2017 del proyecto se han sintetizado fotocatalizadores de TiO2 y ZnO modificados con óxido de grafeno con el fin de aumentar la absorción de fotones con menor energía por parte de los fotocatalizadores (desplazamiento de la absorción desde la región UV hacia la región visible). Además se consigue aumentar el tiempo de vida de las especies generadas en el proceso de fotocatálisis (electrón y hueco). La conductividad de los derivados del grafeno permite la conducción de los electrones, de forma que se consigue separar el par electrón/hueco y evitar su recombinación. Ambos efectos contribuyen al aumento de la eficiencia de los fotocatalizadores. Se han sintetizado también fotocatalizadores de TiO2 dopado con iones Fe. El dopaje con Fe consigue un efecto similar al proporcionado por el óxido de grafeno. La Figura de la parte inferior muestra las micrografías y microanálisis de energía dispersiva de rayos-X de algunos de los fotocatalizadores obtenidos mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM). En la micrografía (a) se puede observar que la morfología de los polvos de TiO2 es globular. Cuando se modica el TiO2 con el óxido de grafeno, se puede observar la presencia de láminas de óxido de grafeno recubiertas con TiO2 (b). En la micrografía (c) se muestra una lámina de óxido de grafeno parcialmente recubierta con TiO2. Se puede observar la estructura ondulada característica del óxido de grafeno. Durante la anualidad 2018 del proyecto, se continuará con la síntesis y caracterización de fotocatalizadores, así como su fijación sobre diferentes soportes.