Production of hydrogen by ethanol photoreforming on TiO2 - based multimetallic catalysts

L'objectiu d'aquest projecte final de màster és la producció d'hidrogen (H2) a partir d'una barreja d'aigua (H2O) i etanol (EtOH) mitjançant un procés fotocatalític usant TiO2 decorat amb tres metalls diferents actuant com a co-catalitzadors. Aquesta reacció es va dur a terme en fase gas i en continu en un fotoreactor tubular de vidre amb el fotocatalitzador impregnat en una membrana de cel·lulosa i una font de llum actuant com a simulador solar. La producció d'hidrogen es va monitoritzar mitjançant anàlisi de cromatografia de gasos amb argó (Ar) com a gas portador inert. S’han portat a terme diferents experiments, comparant els diferents metalls a diferents concentracions per a l'estudi de sinergies entre ells, així com el canvi entre llum UV i visible per avaluar la presència de l'efecte de ressonància localitzada de plasmó de superfície (RLPS). El treball realitzat al laboratori inclou el disseny i implementació del sistema experimental, la preparació de la pols fotocatalítica amb base de TiO2 mitjançant la tècnica mecanoquímica emprant un equip de de molí de boles, i la impregnació d'aquesta pols al paper de filtre, així com la realització dels experiments i la caracterització de les mostres. L’eficiència de les mostres es va comparar en funció de paràmetres com la combinació de metalls escollida, la càrrega total del metall, les proporcions del metall, el canvi en els paràmetres de síntesi, etc. Finalment, els millors resultats pel que fa a la producció d'H2 es van obtenir amb una mostra de TiO2 que contenia 1 % en pes de Pd, Pt i Ag en una proporció de 35:35:30. Amb un cabal de gas de 20 ml/min, amb H2O i EtOH en una proporció de 9:1, i irradiant 85 mW/cm2 (mesurats a 365 nm) de llum UV i visible, es va obtenir una producció màxima de 4,73 μmol H2/min i un rendiment quàntic aparent del 4,8%.El objetivo de este proyecto final de master es la producción de hidrógeno (H2) a partir de una mezcla de agua (H2O) y etanol (EtOH) mediante un proceso fotocatalítico usando TiO2 decorado con tres metales distintos actuando como co-catalizadores. Esta reacción se llevó a cabo en fase gas y continuo en un fotorreactor tubular de cristal con el fotocatalizador impregnado en una membrana de celulosa y una fuente de luz actuando como simulador solar. La producción de hidrógeno se monitoreó mediante análisis de cromatografía de gases con argón (Ar) como gas portador inerte. Distintos experimentos fueron llevados a cabo, comparando diferentes metales a diferentes concentraciones para el estudio de sinergias entre ellos, así como el cambio entre luz UV y visible para evaluar la ocurrencia del efecto de Resonancia Localizada de Plasmón de Superficie (RLPS). El trabajo realizado en el laboratorio incluye el diseño e implementación del sistema de reacción experimental, la preparación del polvo fotocatalítico con base de TiO2 mediante la técnica mecanoquímica empleando un equipo de molino de bolas, y la impregnación de dicho polvo en un papel de filtro que actúa como soporte, así como la realización de los experimentos y la caracterización de las muestras. La eficiencia de las muestras se comparó en función de distintos parámetros como la combinación de metales elegida, la carga total de metal, las proporciones de los metales, cambios en los parámetros de síntesis, etc. Finalmente, los mejores resultados en términos de producción de H2 se obtuvieron con una muestra de TiO2 conteniendo 1 % en masa de Pd, Pt y Ag en una proporción 35:35:30. Con una corriente gaseosa de 20 mL/min, con H2O y EtOH en una proporción 9:1, e irradiando luz UV y visible con una irradiancia de 85 mW/cm2 (medida a 365 nm), se obtuvieron máxima producción de 4.73 μmol H2/min y Rendimiento Quántico Aparente del 4.8%.The aim of this master’s final thesis is the production of hydrogen (H2) from a mixture containing water (H2O) and ethanol (EtOH) by means of a photocatalytic process using TiO2 loaded with three different metals acting as co-catalysts. This reaction was carried out in gas phase and continuous mode inside a tubular glass photoreactor containing the photocatalyst impregnated in a filter paper sheet and a light source acting as a solar simulator. H2 generation was monitored by gas chromatography analysis with argon (Ar) acting as inert gas carrier. Several experiments were carried out, comparing different metals at different concentrations in order to study synergies between them, and also switching between UV and visible light to and assess the occurrence of the Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR). The work developed at the laboratory includes the design and implementation of the experimental set-up, the preparation of the TiO2-based photocatalytic powder by ball milling technique, and the impregnation of the powder into the filter paper, as well as the performance of photocatalytic experiments and the characterization of the samples. The performance of the samples was compared depending on parameters such as the chosen combination of metals, total metal load, metal proportions, change in the synthesis parameters, etc. Finally, the best results in terms of H2 production were obtained with a sample of TiO2 containing 1 wt.% of PdPtAg metals in a 35:35:30 proportion. With a gas flow rate of 20 mL/min, having H2O and EtOH in a 9:1 proportion, and irradiating at 85 mW/cm2 (measured at 365 nm) of UV and visible light, a maximum production of 4.73 μmol H2/min and Apparent Quantum Yield of 4.8%, were obtained.Objectius de Desenvolupament Sostenible::7 - Energia Assequible i No Contaminan