Detector reversible de mercaptanos

Propuesta de proyecto fin de carrera de CC. Ambientales, dirigido por José Antonio Mejías Romero

Los mercaptanos son una familia de compuestos que se emiten como resultados de diversas actividades industriales, son compuestos generalmente tóxicos y de un olor muy desagradable. En la actualidad se utilizan algunos detectores para estos compuestos tanto en aire como en agua, basados en el uso de óxidos de wolframio, que presentan problemas de reversibilidad: una vez que el mercaptano se une al elemento detector, éste queda desactivado para una nueva medida.

En este proyecto proponemos desarrollar y probar un detector con gran potencial para funcionar reversiblemente y con alta sensibilidad. El detector que proponemos consta de una capa de óxido semiconductor con capacidad de actuar como fotocatalizador, TiO₂, sobre el que depositaremos nanopartículas de plata de tamaño y forma controlados. Las nanopartículas metálicas presentan una banda muy intensa en el espectro visible, debida a plasmones de superficie, que es extremadamente sensible a la presencia de cualquier compuesto adsorbido en la superficie de la partícula (en algunas aplicaciones se ha llegado a detectar una única molécula). Los mercaptanos se unen fuertemente a estas partículas, con un efecto importante en la banda del plasmón. Puesto que la unión es tan fuerte, la nanopartícula metálica quedaría inutilizada para su uso posterior. Nosotros proponemos fotoactivar el sustrato, TiO₂, con luz ultravioleta (l = 300-350 nm) de forma que toda la materia orgánica depositada sobre las nanopartículas sea oxidada y eliminada. Esto permitirá disponer de un detector altamente sensible y “autolimpiable”. Un dispositivo similar podría utilizarse con una finalidad doble: detección y eliminación de mercaptanos.

Esquema del funcionamiento del detector propuesto. A: Las nanopartículas de Ag sin mercaptanos adsorbidos tienen un plasmón de determinado color, por ejemplo naranja (flechas que llegan al espectrómetro). B: la adsorción de mercaptanos modifica la banda de plasmón de forma apreciable (flechas celestes). C: el TiO2 es activado con luz UV, lo que resulta en la destrucción del mercaptano.

El alumno que realice el proyecto estará implicado tanto en la síntesis de la capa de TiO₂, de nanopartículas de Ag, así como en las medidas espectroscópicas de las bandas de plasmón en distintas situaciones: en aire, agua, distintos mercaptanos, mezclas…etc. Por tanto, el proyecto requiere el uso de diversas técnicas de síntesis (Preparación de coloides, deposición de capas finas, fotoreducción de metales, …etc.) y técnicas espectroscópicas, sobre todo espectrómetros UV-Vis y FTIR de altas prestaciones.