Photocatalytic inactivation of microorganisms present in air using supported titanium dioxide and UV radiation

En esta Tesis se estudió aplicación de la fotocatálisis heterogénea para eliminar microorganismos presentes en el aire. Específicamente, se estudió el empleo de radiación UV y dióxido de titanio soportado sobre placas de vidrio para inactivar esporos de Bacillus subtilis. El desarrollo del trabajo de Tesis comprendió las siguientes etapas: - Se diseñó y construyó un dispositivo experimental para irradiar esporos depositados sobre superficies. El mismo proporciona una zona de iluminación uniforme para la inactivación fotocatalítica, posee un compartimento que aísla las muestras de la potencial contaminación ambiental, y mantiene constantes la temperatura y la humedad relativa. - Se propuso un esquema simplificado para modelar la inactivación fotocatalítica de B. subtilis, del cual se derivó una expresión cinética. Dado que la inactivación depende de la radiación UV absorbida por las películas de TiO2, el campo de radiación se modeló mediante un software CFD (fluidodinámica computacional, por sus siglas en inglés). Los parámetros cinéticos del modelo se obtuvieron a partir de datos experimentales. - Se caracterizaron y compararon diferentes recubrimientos de TiO2, utilizando catalizadores sintetizados en el laboratorio, y catalizadores comerciales. Para comparar objetivamente el desempeño de los recubrimientos, se calcularon dos tipos de eficiencia: la eficiencia cuántica aparente y la eficiencia cuántica de inactivación Dichos parámetros tienen en cuenta la radiación incidente y la radiación absorbida sobre la superficie del catalizador, respectivamente. - Con el objeto de aumentar la eficiencia de la inactiviación de esporos, se evaluó la actividad de recubrimientos de TiO2 con diferentes concentraciones de Ag.In this thesis we studied the application of heterogeneous photocatalysis to eliminate microorganisms in the air. Specifically, the use of UV radiation and titanium dioxide supported on glass plates to inactivate spores of Bacillus subtilis was studied. The development of the thesis work comprised the following steps: - We designed and built an experimental device for irradiating spores deposited on surfaces. It provides a uniform illumination area for photocatalytic inactivation, has a compartment which isolates samples from potential environmental contamination, and maintains constant the temperature and relative humidity. - A simplified scheme was proposed to model the photocatalytic inactivation of B. subtilis, from which an expression kinetics was derived. Since inactivation depends on UV radiation absorbed by the TiO2 films, the radiation field was modeled using CFD software (computational fluid dynamics). The kinetic parameters of the model are obtained from experimental data. - Different TiO2 coatings were characterized and compared, using synthesized in the laboratory and commercial catalysts. To objectively compare the performance of the coatings were calculated two types of efficiency apparent quantum efficiency and quantum efficiency of inactivation. These parameters take into account the incident radiation and the radiation absorbed on the catalyst surface, respectively. - In order to increase the efficiency of spore inactiviación, the activity of TiO2 coatings with different concentrations of Ag was evaluated.Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológic