Decoloración de un colorante azo ácido por el proceso foto ...horizontal sobre una plataforma con...
37
Decoloración de un colorante azo ácido por el proceso foto-fenton empleando energía solar T. Leal, E. Bandala, M. Sánchez, J. M. Chacón
Transcript of Decoloración de un colorante azo ácido por el proceso foto ...horizontal sobre una plataforma con...
Decoloración de un colorante azo ácido por el proceso foto-fenton empleando
energía solar
T. Leal, E. Bandala, M. Sánchez, J. M. Chacón
DECOLORACIÓN DE UN
COLORANTE AZO ÁCIDO
POR EL PROCESO FOTO-FENTON
EMPLEANDO ENERGÍA SOLAR
Primera edición
Enero, 2012
Lima - Perú
© T. LealE. BandalaM. SánchezJ. M. Chacón
PROYECTO LIBRO DIGITAL
PLD 0512
Editor: Víctor López Guzmán
http://www.guzlop-editoras.com/[email protected] [email protected] facebook.com/guzlopstertwitter.com/guzlopster428 4071 - 999 921 348Lima - Perú
PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)
El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados.
Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso.
Entre las ventajas del libro digital se tienen:• su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad),• su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica),• su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural),• su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento),• su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga-ción de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras.
Algunos objetivos que esperamos alcanzar:• Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital.• Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta.• Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías.• El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente.• E l pe r sona l docente jugará un r o l de tu to r, f ac i l i t ador y conductor de p r oyec tos
de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró-nicas recomendadas.• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.
En el aspecto legal:• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.
Lima - Perú, enero del 2011
“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor
X Simposio Peruano de Energía Solar
DECOLORACIÓN DE UN COLORANTE AZO ÁCIDO POR EL PROCESO FOTO-FENTON
EMPLEANDO ENERGÍA SOLAR
T. Leal, E. Bandala, M. Sánchez, J. M. Chacón *
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Jiutepec, Morelos, México.
* Tel: +52-777-329-36-00 Ext: 430 y 432, Fax: +52-777-329-36-63, E-mail: [email protected]
RESUMEN
Recientemente, en el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) se han llevado a cabo distintos
experimentos para degradar compuestos orgánicos persistentes disueltos en agua por medio de energía solar, uno
de estos compuestos es el colorante naranja ácido 24 que es utilizado por la industria textil para teñir algodón,
nylon, seda y piel. Entre los diferentes tratamientos avanzados de oxidación, el proceso conocido como foto-
Fenton se presenta como una opción viable para el tratamiento de colorantes al utilizar la luz solar para la
generación de los radicales HO•.
Para la degradación de un agua sintética de concentración 4.46 x 10-4 M de colorante naranja ácido 24 se utilizó
un prototipo a escala banco, consistente en ocho colectores solares de canal parabólico compuesto con una
superficie total de colección de 0.8 m2. El proceso foto-Fenton obtuvo remoción de color superior a 80 %
empleando menos de 150 kJ/L de energía acumulada y concentraciones de Fe2+: 7.16 x 10-5 M, 1.07 y 1.43 x 10-4
M; y concentraciones de H2O2: 5.2 y 7.8 x 10-3 M.
El proceso foto-Fenton utilizando 105 kJ/L de energía acumulada, [Fe2+] = 1.43 x 10-4 M y [H2O2] = 5.2 x 10-3 M
logró una remoción de color de 95 %, una disminución de COT de 84 % y una reducción en la toxicidad, al pasar
de 37.1 a 1.4 UT.
Con los resultados obtenidos, el proceso foto-Fenton empleando energía solar se presenta como una alternativa
viable para la degradación del colorante naranja ácido 24 frente a otros sistemas de tratamiento convencionales.
Palabras clave: foto-Fenton, decoloración, mineralización y energía acumulada.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La industria textil es una de las ramas industriales
más consumidoras de agua, su consumo varía de 10
a 250 m3 por tonelada de material producido,
dependiendo de los procesos y el método de
acabado, del tipo y forma de las fibras, así como de
la maquinaria y equipo empleado [1]. En México la
industria textil tiene su principal fuente de
abastecimiento de agua en mantos subterráneos con
un 97 % y sólo un 3 % se obtiene de fuentes
superficiales [2]. En las operaciones de la industria
textil, se usan procesos químicos y físicos para
lograr un producto final. Subproductos no deseados
aparecen en muchos puntos de los procesos, la
mayoría de ellos van a las descargas residuales [3].
Las descargas provenientes del proceso de teñido
presentan una gran diversidad de compuestos
químicos solubles en agua, lo que hace difícil su
tratamiento por métodos tradicionales como
filtración, floculación, sedimentación o adsorción.
La mayoría de los colorantes empleados en la
industria textil son muy solubles en agua, altamente
resistentes a la acción de agentes químicos y son
poco biodegradables; los métodos de tratamiento
X Simposio Peruano de Energía Solar
basados en oxidaciones y reducciones parciales
pueden generar productos secundarios altamente
tóxicos [4].
Más de 100,000 variedades distintas de colorantes
están disponibles comercialmente [5] y anualmente
se producen en el mundo 700,000 toneladas de
colorantes y cerca del 50 % de estas son colorantes
tipo azo [6]. Existen colorantes azo para teñir
materiales naturales tales como algodón, papel,
seda y madera; para materiales sintéticos como
poliamidas, poliéster, acrílicos, rayón y acetatos;
para colorear pinturas, barnices, plásticos, tintas de
impresión, alimentos y cosméticos. Un colorante
azo que ocasiona problemas en el tratamiento
biológico de las aguas residuales es el naranja ácido
24 (Fig. 1), estas aguas generalmente son tratadas
por una oxidación química no controlada,
empleando para ello cloro y peróxido,
principalmente. Cuando los tratamientos biológicos
y químicos convencionales resultan inadecuados
para alcanzar el grado de depuración requerido, se
puede recurrir a las Tecnologías Avanzadas de
Oxidación conocidas como TAO’s por sus siglas.
Las TAO’s se basan en procesos oxidativos capaces
de producir cambios profundos en la estructura
química de los contaminantes y se definen como
procesos que involucran la generación y uso de
especies transitorias poderosas, principalmente el
radical hidroxilo (HO•). El radical hidroxilo posee
propiedades adecuadas para atacar a los
contaminantes orgánicos presentes en agua, para
obtener una mineralización completa hasta CO2,
agua y ácidos minerales como sulfúrico y
clorhídrico, entre otros [7-11].
Fig. 1. Formula química del colorante naranja ácido
24.
Una TAO’s empleada para el tratamiento de aguas
residuales ácidas es el proceso descubierto por
Fenton en 1894 [12]. El proceso Fenton utiliza
H2O2 y sales ferrosas para la generación de
radicales HO•. Entre las ventajas del método Fenton
se encuentran el uso de hierro, el cual es abundante
y de baja toxicidad, y el H2O2 que es fácil de
manipular. Sin embargo, la reacción no puede
mineralizar completamente los contaminantes
orgánicos, comúnmente menos del 50 % del
carbono orgánico puede ser convertido en CO2 [13].
Además, la mayor desventaja del método es la
generación de lodos por la floculación del reactivo
y las moléculas del contaminante. Cuando el
proceso se complementa con luz ultravioleta (hv),
luz visible (VIS) o una combinación de ambas, se
denomina foto-Fenton. Entre las ventajas del
proceso foto-Fenton en comparación con el proceso
Fenton se encuentran dos: la tasa de degradación se
incrementa significativamente [14] y no existe
generación de lodos. Además, es posible utilizar la
luz solar para la generación de HO•.
El proceso inicia con la adición de H2O2, Fe2+
(reacción (1)) o Fe3+ (reacción (2)):
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO - + HO•
(1)
Fe3+ + H2O2 → Fe-OOH2+ + H +
(2)
Fe-OOH2+→ HO2• + Fe2+
(3)
HO2• + Fe2+ → Fe3+ + HO2
(4)
HO2• + Fe3+ → Fe2+ + O2 + H+
(5)
HO• + H2O2 → H2O + HO2•
(6)
Fe2+ + HO2• + H+ → Fe3+ + H2O2
(7)
Bajo irradiación de luz, el Fe3+ es continuamente
reducido a Fe2+:
X Simposio Peruano de Energía Solar
FeOH2+ + hv → Fe2+ + HO• (8)
y la reacción Fenton (reacción (1)) inicia
nuevamente por la participación del Fe2+
fotogenerado [15].
En el caso particular de la degradación de
colorantes, la radiación visible puede acelerar la
generación de HO• por la regeneración de Fe2+ [16],
como se presenta a continuación:
Colorante → Colorante* (9)
Colorante* + Fe3+→ Colorante+ + Fe2+ (10)
Para muchos contaminantes el proceso foto-Fenton
ha resultado ser un proceso económico empleando
luz solar [17 y 18].
El presente estudio busca presentar al proceso foto-
Fenton empleando energía solar como una opción
viable en el tratamiento de aguas residuales que
contengan colorantes.
2. MÉTODOS
2.1 Reactivos
El agua desionizada que se empleó para preparar el
agua sintética fue obtenida de un equipo Nanopure
de Barnstead. Los reactivos usados en la
experimentación fueron: H2O2 grado industrial (50
%), FeSO4•7H2O granular grado reactivo de Baker,
hidróxido de sodio de Merck y enzima catalasa de
Sigma con 2200 UA/mg. El colorante naranja ácido
24 fue suministrado por la compañía fabricante en
la ciudad de Cuernavaca.
2.2 Fotorreactor
Los experimentos fueron realizados en un prototipo
a escala banco que consiste en un sistema de ocho
colectores de canal parabólico compuesto (CPC)
con una superficie total de colección de 0.8 m2 (Fig.
2 y 3). Los colectores se colocaron en forma
horizontal sobre una plataforma con una inclinación
de 19° con respecto a la horizontal. La zona de
reacción consistió en 8 tubos de vidrio pyrex. Cada
tubo presentaba una longitud de 100 cm, un
diámetro exterior de 2.9 cm y un diámetro interior
de 2.54 cm. Para la carga del sistema se ocupó un
recipiente con una capacidad de 8 L.
Fig. 2. Esquema del sistema de tratamiento.
Fig. 3. Prototipo a escala banco.
2.3 Experimental
El agua sintética fue preparada disolviendo en agua
desionizada una concentración 4.46 x 10-4 M de
colorante naranja ácido 24. Para la experimentación
se emplearon 6 combinaciones de Fe2+ y H2O2,
además de un experimento sólo con H2O2 en una
concentración 7.8 x 10-3 M; las concentraciones de
Fe2+ utilizadas fueron: 7.16 x 10-5 M, 1.07 y 1.43 x
10-4 M, y las concentraciones de H2O2: 5.2 y 7.8 x
10-3 M. El pH inicial del agua sintética empleada en
los experimentos fue aproximadamente 5.5 y no se
realizaron ajustes de pH a lo largo del experimento.
Para cada experimento se tomó la primera muestra
(25 mL) en el t = 0, con la que se determinó la
concentración de color inicial con base en la
absorbancia. Se adicionó el Fe2+ al sistema y se
X Simposio Peruano de Energía Solar
homogeneizó durante 10 minutos, durante este
tiempo el equipo estuvo cubierto. Posteriormente,
se suministró el H2O2 y se retiró la cubierta del
sistema. Posteriormente, la toma de muestras de 25
mL se realizó cada 5 minutos durante 60 minutos,
al cabo de 30 minutos de experimentación se
dosificó nuevamente H2O2. Para detener la reacción
foto-Fenton y preservar las muestras se utilizó
enzima catalasa para las mediciones de absorbancia
e hidróxido de sodio para las determinaciones de
COT y toxicidad.
2.4 Métodos Analíticos
En las determinaciones de absorbancia de cada
muestra se utilizó una celda de cuarzo para realizar
las mediciones en un espectrofotómetro UV-VIS
HP-8452A de arreglo de diodos empleando 430 nm
como la longitud de onda de máxima absorbancia.
Así mismo, se realizaron barridos en las muestras
del experimento óptimo utilizando el
espectrofotómetro UV-VIS HP-8452A en el rango
de 190 a 820 nm.
Para determinar la concentración de COT [19] en
las muestras del experimento óptimo se utilizó un
equipo analizador de COT Shimadzu 5000-A. La
toma de muestras de 250 mL se realizó en los
tiempos 0, 20, 40 y 60 minutos; se adicionó NaOH
6 N para obtener un pH = 11 para detener la
reacción [16] y posteriormente se adicionó H2SO4
concentrado hasta obtener un pH < 2 para preservar
las muestras hasta su determinación. Las
mediciones de toxicidad se realizaron empleando la
prueba Microtox [20], que se basa en medir el
efecto tóxico de una muestra sobre organismos
bioluminiscentes (Photobacterium phosphoreum).
2.5 Determinación de la irradiación
Todos los experimentos se realizaron bajo las
mismas condiciones, entre las 12:00 y 14:00 hrs en
noviembre del 2002. La radiación global incidente
sobre las paredes del colector se determinó
utilizando un piranómetro (Marca: LI-COR,
Modelo: LI-200 SA) en un rango de λ desde 280 a
2800 nm. Sin embargo, el proceso foto-Fenton
permite el uso de λ desde 300 hasta 650 nm para el
caso de energía solar, por este motivo se realizaron
ajustes a las mediciones obtenidas con el
piranómetro. El primer paso fue ajustar las
mediciones del piranómetro tomando como
referencia el estándar AM1.5 del espectro solar
[21], el segundo paso fue determinar 0.35 como el
factor con el cual se obtiene la radiación
comprendida en el rango de λ de 300 hasta 600 nm
y finalmente se ajustaron las lecturas del
piranómetro. Las mediciones de radiación global se
efectuaron cada 5 minutos para todos los
experimentos y se colocó el piranómetro con una
inclinación de 19° con respecto a la horizontal, para
evitar ajustes por el ángulo de inclinación del
colector de canal parabólico. Con las lecturas
ajustadas del piranómetro se procedió a determinar
la energía acumulada, utilizando la siguiente
expresión:
1
1
−
−
−=∆
∆+=
nn
nnn
tttVAtGQQ (11)
Donde Qn es la energía acumulada, ∆t es el
diferencial de tiempo en segundos, Gn es la
radiación global ajustada medida en el piranómetro
a cada momento del experimento, A es el área del
módulo y V el volumen total del sistema [22].
3 RESULTADOS Y ANÁLISIS
3.1 Remoción de color
La remoción de color tanto en el proceso foto-
Fenton (a una concentración 5.2 x 10-3 M de H2O2 y
las tres concentraciones de Fe2+) como por
oxidación con peróxido de hidrógeno se muestran
en la Fig. 4. Este último presentó 4, 5 y 7 % de
disminución de color empleando 50, 100 y 150 kJ/L
de energía acumulada, respectivamente. Lo anterior
X Simposio Peruano de Energía Solar
demostró que la fotólisis del peróxido de hidrógeno
no resultó un método adecuado para la decoloración
del agua. Utilizando [Fe2+] = 7.16 x 10-5 M se
presentó una disminución en la presencia de color
de forma casi lineal hasta llegar a 25 % de la
medición inicial empleando 100 kJ/L,
posteriormente se disminuyó a 15 % con 150 kJ/L.
Para [Fe2+] = 1.07 x 10-4 M se obtuvo una
disminución en la concentración de color de 70 %
con 40 kJ/L y para 83 kJ/L de 90 %. Utilizando
[Fe2+] = 1.43 x 10-4 M se observó una decremento
en la absorbancia de forma constante hasta 71 %
con 26 kJ/L de energía acumulada, posteriormente,
duplicando la energía acumulada sólo se presentó
una disminución adicional de 19 % y finalmente,
empleando 164 kJ/L la absorbancia correspondió a
un 4 % de la medición inicial.
Fig. 4. Disminución de absorbancias en función de
la energía acumulada, empleando la menor concentración de H2O2.
Los experimentos restantes se presentan en la Fig.
5; utilizando [Fe2+] = 7.16 x 10-5 M la absorbancia
disminuyó un 50 % empleando 50 kJ/L de energía
acumulada, con 85 kJ/L la disminución fue de 86 %
y de 91 % con 165 kJ/L. Para una [Fe2+] = 1.07
x 10-4 M y 30 kJ/L de energía acumulada la
absorbancia presentó un decremento de 80 % e
incrementando la energía a 65 kJ/L la absorbancia
representaba 8 % de la lectura inicial. Con la [Fe2+]
= 1.43 x 10-4 M el comportamiento en la parte
inicial del experimento fue muy similar al
experimento descrito anteriormente, con la
excepción de que la reducción de color mostró un
comportamiento lineal hasta llegar a 10 % de la
medición inicial empleando 41 kJ/L; después,
aunque se incrementó la energía no se presentó
disminución adicional en el color de la muestra.
Fig. 5. Disminución de absorbancias en función de
la energía acumulada, empleando la mayor concentración de H2O2.
Como no se presentaron diferencias significativas
entre el experimento que utilizó una [Fe2+] = 1.43 x
10-4 M de la Fig. 4 y los experimentos de [Fe2+] =
1.07 y 1.43 x 10-4 M de la Fig. 5, se consideró el
experimento con [Fe2+] = 1.43 x 10-4 M y [H2O2] =
5.2 x 10-3 M como el óptimo debido a que el
peróxido de hidrógeno es el reactivo que se
consume en la reacción foto-Fenton, además de que
presentó disminuciones más rápidas en las
mediciones de absorbancia de 70 y 90 % con 25 y
55 kJ/L de energía acumulada, respectivamente.
Las absorbancias en el rango de 190 a 820 nm en el
experimento óptimo se muestran en la Fig. 6; como
se mencionó en el inciso 2.4 de los métodos, la
longitud de máxima absorbancia se determinó en
430 nm. La respuesta en esta longitud de onda se
consideró como la concentración de color inicial y
las disminuciones en la misma como una
decoloración. No se detectó incremento de
absorbancias en otras longitudes de onda, en el
rango de 190 a 820 nm, lo que significó que el agua
presentó una decoloración conforme la energía
acumulada era incrementada.
X Simposio Peruano de Energía Solar
Fig. 6. Disminución de absorbancias en el rango de
190 a 820 nm.
3.2 Mineralización del colorante y disminución
de toxicidad
Las disminuciones de COT para el experimento
óptimo se muestran en la Fig. 7; con 55 kJ/L de
energía acumulada se presentó una reducción en el
COT de 26 % para una remoción de color de 90 %;
posteriormente, la mineralización del colorante se
incrementó hasta llegar a una disminución del COT
de 84 % utilizando 105 kJ/L de energía acumulada,
finalmente el experimento mostró una
mineralización de 86 % para 149 kJ/L de energía
acumulada. Los resultados para 55 kJ/L de energía
acumulada indican una mineralización lenta de las
sustancias mientras que si hay oxidación en la
estructura química representada por la decoloración
del agua.
Fig. 7. Degradación del colorante naranja ácido 24;
[Fe2+] = 1.43x10-4M, [H2O2] = 5.2x10-3M y [Colorante] = 4.46x10-4M.
Se observó que empleando 55 kJ/L de energía
acumulada se obtuvo una disminución de la
toxicidad inicial de 37.1 a 3.2 UT, es decir, la
toxicidad del agua pasó de altamente tóxica a tóxica
con base en la clasificación de toxicidad de la tabla
1 [23]. Posteriormente, se presentó una toxicidad
moderada con 105 kJ/L al obtener 1.4 UT.
Tabla 1. Clasificación de la toxicidad basada en UT.
Toxicidad (UT) Unidad de clasificación
> 4 Altamente tóxico 2 – 4 Tóxico
1.33 – 1.99 Moderadamente tóxico < 1.33 Ligeramente tóxico
En la Fig. 8 se presentan las diferentes remociones
de color que se obtuvieron en el experimento
óptimo para diferentes concentraciones de energía
acumulada.
a)
b)
c)
d)
Fig. 8. Remociones de color con diferentes concentraciones de energía acumulada: a) 0 kJ/L,
X Simposio Peruano de Energía Solar
Inicio del experimento; b) 15 kJ/L, 45 % reducción de color; c) 30 kJ/L, 75 % reducción de color; d)
60 kJ/L, 90 % reducción de color.
4 CONCLUSIONES
El proceso foto-Fenton empleando energía solar se
presenta como una alternativa para la decoloración
y mineralización del colorante naranja ácido 24
disuelto en agua. Todos los experimentos realizados
en este trabajo presentaron remociones de color
superiores al 85 % y se determinó que los
experimentos que empleaban [Fe2+] = 1.43 x 10-4 M
y [H2O2] = 5.2 y 7.8 x 10-3 M presentaron los
mejores resultados al obtener una decoloración de
90 % empleando 50 kJ/L de energía acumulada. En
60 minutos de exposición al sol el H2O2 por si solo
no presentó una buena remoción de color, con lo
que se demostró que la pérdida de color se llevó a
cabo por el proceso foto-Fenton.
La [Fe2+] = 1.43 x 10-4 M fue determinada como la
óptima, debiendo adicionar [H2O2] = 5.2 x 10-3 M
al inicio y mitad del tratamiento; de esta forma se
logró una remoción de color de 95 %, una
reducción del COT de 84 % y una disminución en
la toxicidad al pasar de 37.1 a 1.4 UT empleando
una energía acumulada de 105 kJ/L, lo que equivale
a poco más de 6 minutos de exposición a la
radiación solar por litro, considerando una
intensidad promedio de 800 W/m2.
AGRADECIMIENTOS
J. M. Chacón agradece al Consejo Nacional de
Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca
otorgada para la realización de este trabajo; los
autores agradecen a M. Avilés y A. Lerdo por su
apoyo en las determinaciones de COT y toxicidad.
5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Comisión Ambiental Metropolitana. 1998.
Manual de minimización, tratamiento y disposición.
Concepto de manejo de residuos industriales para el
giro textil.
[2] Comisión Nacional del Agua. 1998.
Parámetros de consumo de agua en la industria, la
industria textil. Informe Técnico. Instituto
Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA).
[3] Comisión Nacional del Agua. 1999.
Tratamiento y reúso del agua en tres giros
industriales. Informe Técnico. Instituto Mexicano
de Tecnología del Agua (IMTA).
[4] Mansilla H, Lizama C, Gutarra A,
Rodríguez J. 2001. Tratamiento de residuos
líquidos de la industria celulosa y textil, en
Eliminación de contaminantes por fotocatálisis
heterogénea, Blesa M. A. Editor. Editorial CYTED.
La Plata, Argentina. 285-294.
[5] Nigam P, Robinson T, Mcmullan G,
Marchant R. 2001. Remediation of dyes in textile
effluent: a critical review on current treatment
technologies with a proposed alternative.
Bioresource Technology 77, 247-255.
[6] Bauer C, Jacques P y Kalt A. 2001.
Photooxidation of an azo dye induced by visible
light incident on the surface of TiO2. J. of
Photochemistry and Photobiology A: Chemistry
140, 87-92.
[7] Esplugas S, Rodríguez M, Kirchner A,
Contreras S, Chamarro E. 2000. Influence of H2O2
and Fe(III) in the photodegradation of nitrobenzene.
J. of Photochemistry and Photobiology A:
Chemistry 133, 123-127.
[8] Esplugas S, Contreras S, Rodríguez M,
Chamarro E. 2001. UV and UV/Fe(III)-enhanced
ozonation of nitrobenzene in aqueous solution. J. of
Photochemistry and Photobiology A: Chemistry
142, 79-83.
[9] Esplugas S, Rodríguez M, Abderrazik N,
Contreras S, Chamarro E. 2002. Iron(III)
photoxidation of organic compounds in aqueous
solutions. Applied Catalysis B: Environmental 37,
131-137.
X Simposio Peruano de Energía Solar
[10] Faure R, Goutailler G, Valette J, Guillard
G, Païssé O. 2001. Photocatalysed degradation of
cyromazine in aqueous titanium dioxide
suspensions: comparison with photolysis. J. of
Photochemistry and Photobiology A: Chemistry
141, 79-84.
[11] Aravindakumar C, Joseph J, Varghese R.
2001. Photoproduction of hydroxyl radicals from
Fe(III)- hydroxy complex: a quantitative
assessment. J. of Photochemistry and Photobiology
A: Chemistry 146, 67-73.
[12] Environmental Protection Agency (EPA).
1998. Advanced Photochemical Oxidation
Processes. Office of Research and Development. 97
pág.
[13] Balcioglu I y Arslan I. 1999. Oxidative
treatment of simulated dyehouse effluent by UV
and near-UV light assisted Fenton’s reagent.
Chemosphere, Vol. 39, No. 15. 2767-2793.
[14] Malato S, Blanco J, Vidal A, Richter C.
2002. Photocatalysis with solar energy at a pilot-
plant scale: an overview. Applied Catalysis B:
Environmental 37, 1-15.
[15] Litter M, Emilio C, Jardim W, Mansilla H.
2002. EDTA destruction using the solar ferrioxalate
advanced oxidation technology (AOT) Comparison
with solar photo-Fenton treatment. J. of
Photochemistry and Photobiology A: Chemistry
151, 121-127.
[16] Zhao J, Xie Y, Chen F, He J y Wang H.
2000. Photoassisted degradation of dyes in the
presence of Fe3+ and H2O2 under visible irradiation.
J. Photochem. and Photobiol. A: Chemistry, 136,
pp. 235-240.
[17] Bauer R y Fallmann H.1997. The photo-
fenton oxidation- a cheap and efficient wastewater
treatment method. Res. Chem. Intermed., 23, pp.
341-354.
[18] Bauer R, Waldner G, Fallmann H, Hager
S, Klare M, Krutzler T, Malato S y Maletzky P.
1999. The photo-Fenton reaction and the TiO2/UV
process for waste water treatment-novel
developments. Catalysis Today 53, pp. 131-144.
[19] American Public Health Association.
1992. Standard Methods for the examination of
water and wastewater. 18th Edition. United States of
America.
[20] Microbics Corporation. 1992. Microtox
Manual, a toxicity testing handbook. Vol. 1, 2, 3 y
4.
[21] Arancibia C, Bandala E y Estrada C. 2002.
Radiation absortion and rate constants for carbaryl
photocatalytic degradation in a solar collector.
Catalysis Today, 76, 2-4, pp. 149-159.
[22] Goslich R, Bahnemann H, Schumacher V,
Benz M. 1997. En : M. Becker, M. Böhmer (Eds.)
Solar Thermal Concentrating Technologies:
Proceedings of the 8th Int. Symp. Köln, Alemania.
Octubre 1996. C.F. Müller Verlag, Heidenberg,
1997.
[23] Companhia de Tecnología de Saneamiento
Ambiental (CETESB). 1990. Estudio de caso río
Paraiba do Sul, Brasil, en Manual de evaluación y
manejo de sustancias tóxicas en aguas superficiales.
Anexo 1. Companhia de Tecnología de
Saneamiento Ambiental, Centro Panamericano de
Ingeniería, Organización Mundial de la Salud.
Decoloración de un colorante azo ácido por el proceso foto-Fenton empleando energía solar
J. M. Chacón, T. Leal, M. Sánchez, E.R. BandalaInstituto Mexicano de Tecnología del Agua
INDUSTRIA TEXTIL
• La industria textil es una de las ramas industriales que más consumen agua.
• En méxico, su principal fuente de abastecimiento son mantos subterráneos ( 97 % ) sólo 3% superficial.
• En las operaciones de esta industria, aparecen subproductos no deseados y la mayoria de ellos van a las descargas de aguas residuales.
INDUSTRIA TEXTIL
• Las principales fuentes de contaminación son los procesos de pretratamiento, lavado, enjuague, blanqueo, teñido y fijado.
• El teñido generar contaminación debido al uso de colorantes y auxiliares de teñido.
PROCESO DE TEÑIDO
• Las descargas presentan una diversidad de compuestos solubles en agua.
• Su tratamiento por métodos como filtración, floculación, adsorción o sedimentación es difícil.
• Entre los diversos colorantes, uno que presenta problemas para su tratamiento es el naranja ácido 24.
Fórmula química del colorante naranja ácido 24
• Las aguas residuales que contienen este colorante generalmente son tratadas por una oxidación química y posteriormente pasan a un tratamiento biológico.
TECNOLOGÍAS AVANZADAS DE OXIDACIÓN
• Aplicación de TAO’s en el tratamiento de agua residual de procesos de teñido.
• Procesos como O3, H2O2/UV, H2O2/O3 han sido probados en la degradación de colorantes.
PROCESO FOTO-FENTON
• Se basa en un proceso descubierto por Fenton en 1894. Inicia con la adición de H2O2, Fe2+ o Fe3+.
PROCESO FOTO-FENTON SOLAR
Ventajas del proceso
• Utilización de la radiación solar global
• Radiación comprendida entre longitudes de onda de 300 y 600 nm.
• Emplea productos químicos fáciles de manipular.
• En caso de una mineralización completa, no existe la generación de lodos, el catalizador (Fe3+) puede ser reutilizado.
EXPERIMENTAL
Experimentos de irradiación
• Dispositivo de ocho colectores de canal parabólico compuesto (CPC) de aluminio con una superficie total de colección de 0.8 m2.
• La zona de reacción consistió en 8 tubos de vidrio pyrex. El centro de cada tubo se encuentra localizado en el foco parabólico.
EXPERIMENTAL
Sistema de colectores de canal parabólico compuesto.
EXPERIMENTAL
ESTUDIOS PRELIMINARES
• Se realizaron 2 tipos de estudios iniciales: fotocatálisisheterogénea y homogénea.
• Se continuaron los experimentos empleando fotocatálisishomogénea
Prototipo a escala banco.
EXPERIMENTAL
• Se emplearon 6 combinaciones de Fe2+ Y H2O2.
• Se utilizó catalasa para detener la reacción Fenton
• Se determinó la disminución de COT, DQO y toxicidad.
Arreglo experimental.
EXPERIMENTAL
• Todos los experimentos se realizaron bajo las mismas condiciones, entre las 12:00 y 14:00 hrs. La radiación global incidente se determinó utilizando un piranómetro.
IRRADIACIÓN DE LOS EXPERIMENTOS
• Se ajustaron las mediciones del piranómetro tomando comoreferencia el estándar AM 1.5 del espectro solar.
Estándar AM1.5 del Espectro solar.
RESULTADOS
• Comparación entre los procesos de fotocatálisisheterogénea y homogénea.
Remoción de color para fotocatálisis heterogénea y homogénea.
RESULTADOS
Remoción de color mediante foto-Fenton. La concentracion de H2O2 es 0.2 g/L.
RESULTADOS
Degradación del colorante
Espectros de absorción del NA24 en diferente tiempo de iradiación.
RESULTADOS
Degradación de NA24 para concentraciones bajas de H2O2.
RESULTADOS
Degradación de NA24 para concentraciones altas de H2O2.
RESULTADOS
DECOLORACIÓN DEL AGUA SINTÉTICA
RESULTADOS
• Se determinó la disminución de COT, DQO y toxicidad con base en la energía acumulada:
Disminución de COT y DQO
Disminución de toxicidad.
RESULTADOS
Degradación del colorante, disminución de toxicidad y remoción de color con relación a la energía acumulada
CONCLUSIONES
• El proceso de fotocatálisis con TiO2 no resultó adecuado para la decoloración del agua.
• El proceso foto-Fenton presentó remoción de color superior al 85 %.
• Se logró remoción de color de 95 %, disminución de 87 % en la DQO y de 84 % del COT empleando 105 kJ/L de energía acumulada.
• La toxicidad del sistema pasó de 37.1 a 3.2 UT empleando 55 kJ/L, y hasta 1.4 ut con 105 kJ/L.
CONCLUSIONES
• El proceso foto-Fenton empleando energía solar se presenta como una alternativa atractiva para la degradación del colorante naranja ácido 24 .
• El acoplamiento del sistema con procesos biológicos puede ser una propuesta interesante.
Agradecimientos
Proyecto financiado parcialmente por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología México
