Director: VLADIMIR ARIAS RAMÍREZ QUÍMICO...

Por: •ANGELA MARÍA CARVAJAL GÓMEZ.

•LEIDY JOHANA JIMÉNEZ COQUECO.

Director: VLADIMIR ARIAS RAMÍREZ QUÍMICO INDUSTRIAL

ESTUDIANTE DE MAESTRIA EN QUÍMICA.

1

Uso de Compuestos Orgánicos Sintéticos en su mayoría de baja biodegradabilidad

Capacidad de autodepuración de ríos y quebradas se ha saturado.

Anualmente se producen 450 Km3 de aguas residuales a nivel mundial y se requieren 6.000 Km3 de agua limpia para diluir los desechos.

JIMENEZ, Yamell. Procesos de destoxificación solar: Retos y perspectivas de aplicación en el siglo XXI. Colombia: Revista Amazónica de la Universidad Estatal Amazónica. Junio 2010. vol. 1 No. 1 (65-66) p.

INTRODUCCIÓN

3

TRATAMIENTOS CONVENCIONALES

Materia Disuelta: • Precipitación

• Separación con membranas selectivas

• Adsorción

Tratamiento Biológico: • Sistemas aerobios

• Sistemas anaerobios • Sistemas anóxicos

Materia en Suspensión: • Sedimentación

• Floculación • Flotación • Coagulación

PRATO, Dorian. Tratamiento de aguas residuales industriales fenólicas sintéticas mediante procesos avanzados de oxidación. [Tesis. Maestro en Ciencias en Ingeniería Química]. México D.F. Universidad Iberoaméricana. 2007. p. 24-27

INTRODUCCIÓN

4

PROCESOS AVANZADOS DE

OXIDACIÓN

DOMÈNECH , Xavier. JARDIM, Wilson. LITTER, Marta. Procesos avanzados de oxidación para la eliminación de contaminantes. Parte 1. Argentina: CONICET

Cuadro: Las Tecnologías Avanzadas de Oxidación

Fotocatálisis heterogéneaFotocatálisis heterogénea


INTRODUCCIÓN

5

FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA

hhνν ≥≥ 3,2 eV3,2 eV

h BV +

e BV -

oo 22

H O 2

FotoFoto--oxidaciónoxidación

EE GG TiOTiO 22


OXIDACIÓN

TRATAMIENTOS CONVENCIONALES O

INTRODUCCIÓN

6

PARÁMETROS QUE INFLUYEN EN LA FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA

RadiaciónRadiación

Agente OxidanteAgente Oxidante CatalizadorCatalizador



OXIDACIÓN


INTRODUCCIÓN

7

ACTIVIDAD INDUSTRIAL TRATAMIENTOS

CONVENCIONALES


OXIDACIÓN


ÁCIDO 3,5

-DINITROSALICÍLICO

Ácido 3,5 Dinitrosalicílico

Ácido 3 Amino, 5 Nitrosalicílico

Glucosa

Glucosa Oxidada

INTRODUCCIÓN

8

¿Es la fotocatálisis heterogénea con TiO2 en un Reactor heliofotocatalítico tipo CPC, un método adecuado para degradar el

ácido 3,5-dinitrosaliciílico generado en la Escuela de Química de la Universidad Tecnológica de Pereira, que permita su vertimiento a cuerpos

hídricos con un impacto ambiental mínimo?

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

pregunta de Investigación.

9

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Realizar el estudio de la degradación fotocatalítica del Ácido 3,5-Dinitrosalicílico bajo las condiciones óptimas en un reactor heliofotocatalítico tipo Cilindro Parabólico Compuesto (CPC) y en un reactor tipo batch

10

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar las mejores condiciones de pH, Peróxido y Dióxido de Titanio para la degradación del Ácido 3,5-Dinitrosalicílico en el reactor heliofotocatalítico tipo Cilindro Parabólico Compuestos (CPC).

Determinar la cinética de la fotodegradación del Ácido 3,5-Dinitrosalicílico.

Determinar el porcentaje de degradación primaria del Ácido 3,5-Dinitrosalicílico usando espectrofotometría UV y degradación secundaria mediante medidas de Demanda Química de Oxígeno (DQO), Demanda Biológica de Oxígeno (DBO5) y Carbono Orgánico Total (COT).

Realizar el ensayo de actividad biológica en Artemia salina para el proceso de fotodegradación a las condiciones óptimas, y establecer una aproximación al efecto tóxico del producto final.

METODOLOGÍA

Reactor de Lámparas UV. Tipo Batch

Reactor de Lámparas UV.

Tipo Batch

11

METODOLOGÍA

1. Pruebas de degradación del DNS sintético con diferentes combinaciones de pH, TiO2 (Anatasa 100%) y H2O2 (Comercial al 50%) en un tiempo determinado de cuatro horas.

2.

la interpretación de los datos se realizó mediante el método estadístico de diseño experimental de análisis de varianza,

ANOVA.

Estudio de la Cinética de degradación del DNS sintético.


Tipo Batch

12

METODOLOGÍA


Tipo Bach

Reactor Heliofotocatalítico Tipo CPC

Reactor Heliofotocatalitico

Tipo CPC

13

METODOLOGÍA


Tipo Bach

3. Degradación de desechos recogidos del laboratorio en el reactor Heliofotocatalítico tipo CPC bajo las condiciones óptimas.

4. Mediciones Químicas: DQO, DBO5 y COT .

Muestras:

sintética (inicial y final)

desechos (inicial y final)


Tipo CPC

14

METODOLOGÍA


Tipo Bach


Tipo CPC

5. Actividad Biológica

15

RESULTADOS

BARRIDOS ESPECTRALES

Max 336

Max 370

Max 336

16

MUESTRA H2O2 (mg/L) TiO2 (g/L) pH % Degradación 1 300 0,5 4 9 7 , 4 2 2 300 0,5 6 5 5 , 8 9 3 300 0,5 8 7 2 , 2 1 4 300 0,7 4 9 6 , 7 4 5 300 0,7 6 6 9 , 4 1 6 300 0,7 8 8 5 , 9 7 7 300 0,9 4 9 8 , 6 3 8 300 0,9 6 6 9 , 7 5 9 300 0,9 8 6 5 , 0 6 10 500 0,5 4 9 6 , 7 11 500 0,5 6 5 2 , 6 9 12 500 0,5 8 9 0 , 5 2 13 500 0,7 4 9 4 , 5 7 14 500 0,7 6 5 4 , 8 2 15 500 0,7 8 8 3 , 7 4 16 500 0,9 4 9 3 , 4 17 500 0,9 6 6 4 , 1 9 18 500 0,9 8 8 0 , 9 19 700 0,5 4 9 4 , 6 20 700 0,5 6 5 7 , 1 5 21 700 0,5 8 8 0 , 6 6 22 700 0,7 4 9 5 , 0 9 23 700 0,7 6 6 6 , 3 1 24 700 0,7 8 9 4 , 7 6 25 700 0,9 4 9 8 , 5 7 26 700 0,9 6 6 1 , 7 7 27 700 0,9 8 8 2 , 2

Condiciones Óptimas

RESULTADOS

BARRIDOS ESPECIALES

17

Condiciones optimas

RESULTADOS

BARRIDOS ESPECIALES

18


RESULTADOS


Comportamiento de la degradación

Inicial

19


RESULTADOS



20

Condiciones optimas

RESULTADOS

BARRIDOS ESPECIALES


CINÉTICA SINTÉTICA

E c u a c i ó n d e l a G r á f i c a R 2 [ D N S ] = - 0 , 1 0 7 t + 2 1 , 1 9 2 0 , 8 6 6

l n [ D N S ] = - 0 , 0 1 4 3 t + 3 , 2 7 2 0 , 9 9 2 [ D N S ] - 1 = 0 , 0 0 4 3 9 t - 0 , 0 8 8 8 0 , 7 1 1

Reacción de Primer Orden

Expresión para tiempo

21

Condiciones optimas

RESULTADOS

BARRIDOS ESPECIALES


CINÉTICA SINTÉTICA

CINÉTICA REACTOR SOLAR

Degradación de primaria:

53,37 %

Radiación Promedio:

253,11 W/m2

Tiempo:

450 min 22

RESULTADOS

ANÁLISIS QUÍMICOS

Muestra Sintética

Muestra DQO (mgO2/L) DBO5

(mgO2/L) Factor Biodegradación COT

(mg) Inicial 44,31 17,2 0,39 11,55 Final 191,04 56,4 0,29 8,37

Interferencia Interferencia Disminuyó 2 7 , 5 3 % Mineralización

Muestra Desecho

Muestra DQO (mgO2/L) DBO5

(mgO2/L) Factor Biodegradación

COT (mg)

Inicial 472,65 200,7 0,42 84,63 Final 240,28 137,1 0,57 63,46

4 9 , 1 6 % 3 1 , 6 9 % Aumentó 2 5 , 0 1 %

Mineralización 23

RESULTADOS

ANÁLISIS QUÍMICOS ACTIVIDAD BIOLÓGICA

24

0%

40%

10%

20%

0% 0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

1 2 3 4 5

Solución Sintética

60%

50%

80%

70% 70%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

1 2 3 4 5

Solución Desechos

RESULTADOS

ANÁLISIS QUÍIMICOS ACTIVIDAD BIOLÓGICA Muestra Sintética Sln 20 mg/L

pH 4

Sln sin TiO2

Homogenización

Sln con TiO2 25

RESULTADOS

ANÁLISIS QUÍMICOS ACTIVIDAD BIOLÓGICA Muestra Sintética

1 h 2 h

3 h 4 h

26

RESULTADOS

ANALISIS QUIMICOS ACTIVIDAD BIOLOGICA Muestra Sintética Muestra Desecho

Sln 20 mg/L

pH 4

Sln sin TiO2

Homogenización

Sln con TiO2 27

RESULTADOS

ANALISIS QUIMICOS ACTIVIDAD BIOLOGICA Muestra Sintética

2 h 4 h

6 h 8 h

28

CONCLUSIONES

• Las condiciones óptimas de degradación del Ácido 3,5-Dinitrosalicílico (DNS) por fotocatálisis heterogénea usando TiO2 como catalizador son: pH 4, 300 mg/L de H2O2 y 0,7 g/L de TiO2.

• El porcentaje de degradación primaria del DNS en la solución sintética fue de 96% aproximadamente. La mineralización fue del 27,53%, es decir, el 68,47% del DNS inicial quedó en el producto final de degradación en forma de intermediarios, los cuales son desconocidos en estructura y cantidad para los objetivos de este proyecto.

1

2

• La degradación en el reactor heliofotocatalítico tipo CPC del Ácido 3,5-Dinitrosalicílico, bajo las condiciones óptimas y una radiación solar promedio de 253,11 W/m2, presentó un porcentaje de degradación del 53,37% en 450 minutos. En condiciones climatológicas óptimas (mayor radiación solar, baja presencia de nubes) se obtendrían porcentajes mayores en menor tiempo.

3 29

CONCLUSIONES

4

5

•La cinética de la reacción de degradación del DNS sintético en el reactor tipo batch es de primer orden. Sin embargo, el DNS en presencia de los demás compuestos del desecho presenta una supuesta cinética de segundo orden en el reactor heliofotocatalítico tipo CPC, este cambio de orden en función del reactor empleado se debe a la influencia que sobre el proceso tiene el flujo de fotones (radiación electromagnética) y la disminución de la eficiencia fotocatalítica sobre el compuesto de estudio por la alta demanda de radicales hidroxilo de la demás materia orgánica en solución.

•La baja concentración a la cual se deben trabajar los desechos (20 ppm) para lograr una eficacia en el proceso de fotocatálisis heterogénea bajo un seguimiento espectrofotométrico es una desventaja debido a la gran cantidad de agua de dilución que debe emplearse. Por cada litro de desecho a 10000 ppm se consumen 500 litros de agua para llevar el DNS a 20 ppm.

30

31

6 •La biodegradabilidad de los desechos recogidos en el laboratorio aumentan después del tratamiento mediante fotocatálisis heterogénea con TiO2 como catalizador debido a una disminución tanto en la concentración de la materia orgánica como en la complejidad de la estructura. Adicionalmente, su producto final de degradación sigue siendo menos tóxico para las especies acuáticas (representado en la Artemia salina).

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

1

2 3

El trabajo con TiO2 en suspensión requiere un paso adicional de filtración previo a la cuantificación. Por ello, se recomienda la realización de estudios con TiO2 inmovilizado para evitar esta separación.

Realizar nuevos estudios de degradación usando agentes oxidantes diferentes a H2O2 para evitar remanentes en la solución final de degradación que tienen efectos adversos sobre las especies acuáticas y no incurrir en un tratamiento extra para la remoción de estos.

32

Los colectores Cilindro-Parabólico-Compuestos (CPC) han resultado ser una de las mejores opciones tecnológicas e invertir en un nuevo diseño de una planta piloto, proporcionaría a la Escuela de Química el tratamiento efectivo de los desechos estudiados por los integrantes del Grupo de Investigación en Fotocatálisis y Estado Solido.

Gracias

Mil Gracias

. . . . A nuestra familia, por el apoyo moral que desde siempre nos han brindado A nuestra familia, por el apoyo moral que desde siempre nos han brindado y con el cual hemos logrado terminar nuestra carrera profesional, que es y con el cual hemos logrado terminar nuestra carrera profesional, que es

para nosotras la mejor de las herencias. para nosotras la mejor de las herencias.

Y a todos aquellos que gracias a sus consejos, cariño Y a todos aquellos que gracias a sus consejos, cariño y comprensión, nos alentaron a lograr esta hermosa y comprensión, nos alentaron a lograr esta hermosa

realidad.realidad.

Mil y Mil Gracias 33

Fin

Director: VLADIMIR ARIAS RAMÍREZ QUÍMICO...

Documents

Transcript of Director: VLADIMIR ARIAS RAMÍREZ QUÍMICO...