Photocatalytic Reduction of Benzophenone on TiO₂: Effect of Preparation Method and Reaction Conditions^*

Elim Albiter Escobar, Miguel Ángel Valenzuela Zapata^*, Salvador Alfaro Hernández, Sergio Odín Flores Valle, Omar Ríos Berny, Víctor Jesús González Ángeles, Iván Córdova Reyes

Laboratorio de Catálisis y Materiales. Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas. Instituto Politécnico Nacional. Zacatenco 07738. México D.F., México.^*Responsible author: mavalenz@ipn.mx.

Received December 2, 2009
Accepted April 21, 2010

Abstract

The photocatalytic reduction of benzophenone was studied focusing on improving the yield to benzhydrol. TiO₂ was synthesized by means of a hydrothermal technique. TiO₂ (Degussa TiO₂–P25) was used is a reference. Catalysts were characterized by XRD and nitrogen physisorption. The photocatalytic reduction was carried out in a batch reactor it 25 °C under nitrogen atmosphere, acetonitrile as solvent and isopropanol as electron donor. A 200 W Xe–Hg lamp (λ = 360 nm) was employed is irridiation source. The chemical composition of the reaction system was determined by HPLC. Structural and textural properties of the synthesized TiO₂ depended on the type of acid used during sol formation step. Using HCl, a higher specific surface area and narrower pore size distribution of TiO₂ was obtained in comparison with acetic acid. As expected, the photochemical reduction of benzophenone yielded benzopinacol as main product, whereas, benzhydrol is only produced in presence of TiO₂ (i.e. photocatalytic route). In general, the hydrothermally synthesized catalysts were less active and with a lower yield to benzhydrol. The optimal reaction conditions to highest values of benzhydrol yield (70–80%) were found at 2 g/L (catalyst loading) and 0.5 mM of initial concentration of benzophenone, using commercial TiO₂–P25.

Keywords: Benzophenone, Photocatalytic Reduction, Titanium Dioxide.

Resumen

Se estudió la reducción fotocatalítica de benzofenona enfocándose en mejorar el rendimiento hacia bencidrol. El TiO₂ se sintetizó empleando el método hidrotérmico y el comercial (Degussa TiO₂–P25) se empleó como catalizador de referencia. Los catalizadores se caracterizaron mediante difracción de rayos–X y fisisorción de nitrógeno. La reducción fotocatalítica se llevó a cabo en un reactor discontinuo a 25 °C en atmósfera de nitrógeno, acetonitrilo como disolvente e isopropinol como agente donador de electrones. Se utilizó una lámpara de Xe–Hg (λ = 30 nm) de 200 W como fuente de irradiación. La composición química del sistema reaccionante se determinó mediante cromatografía de líquidos. Las propiedades estructurales y texturales de los catalizadores sintetizados dependieron del tipo de ácido utilizado durante la etapa de formación del sol. Con HCl se obtuvo la mayor superficie específica y una distribución estrecha de tamaño de poro del TiO_2, en comparación con el ácido acético. Como se esperaba, la reducción fotoquímica de la benzofenona produce benzopinacol, mientras que el bencidrol sólo se obtiene mediante la ruta fotocatalítica. En general, los catalizadores sintetizados por la ruta hidrotérmica fueron menos activos y con un bajo rendimiento hacia bencidrol. Las condiciones óptimas de reacción para obtener el mayor rendimiento a bencidrol se obtuvieron con 2 g/L (concentración de catalizador) y una concentración inicial de benzofenona de 0.5 mM, empleando el catalizador comercial de TiO₂–P–25.

Palabras clave: Benzofenona, reducción fotocatalítica, dióxido de titanio.

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Acknowledgments

We gratefully acknowledge support for this project by Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, México (CONACyT). and Secretaría de Investigación y Posgrado of IPN. Elim Albiter thanks to CONACyT for a graduate fellowship.

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Note