Estudios de degradacion fotoquimica de compuestos organoclorados en presencia de catalizadores zeoliticos
Date
2000
Authors
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Publisher
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Abstract
Los hidrocarburos clorados o compuestos organoclorados, representan un reto para la protección ambiental. La aplicación de tecnologías convencionales de tratamiento de aguas resulta inadecuada para eliminar a este tipo de compuestos. Por lo que se ha recurrido a la aplicación de métodos fotoquímicos y catalíticos para tal propósito. Lo anterior representa una amplia posibilidad de aplicación para las zeolitas. La presente investigación busca llevar a cabo un proceso foto-oxidativo con catálisis heterogénea usando: luz UV para iniciar una serie de reacciones oxidativas, y catalizadores zeoliticos que favorezcan el proceso de degradación de los hidrocarburos clorados en medio acuoso. El capítulo I, presenta los antecedentes del trabajo. Los hidrocarburos clorados o compuestos organoclorados son altamente tóxicos, se acumulan en los tejidos grasos de los animales y son muy estables. Estas propiedades los hacen altamente contaminantes, dañinos principalmente para la salud humana y la calidad de las aguas; lo anterior ha motivado el desarrollo de tecnologias especiales de descontaminación. La introducción de la luz UV a los procesos de descontaminación surge cuando se descubre su efecto bactericida. Iniciando así, su aplicación en procesos de purificación de agua, para después ampliar su campo de aplicación en el área ambiental. Actualmente, la luz UV es comúnmente utilizada en procesos de degradación por foto-oxidación de contaminantes en fase acuosa y gaseosa. Las zeolitas juegan un papel importante como el de la aplicación de la luz UV, ya que es parte complementaria de los procesos propuestos para la degradación de los contaminantes organoclorados. Aquí se presenta como ha sido la participación de las zeolitas en diferentes procesos catalíticos, así como la importancia de la catálisis no solo en el área industrial sino también en el área ambiental. En el capítulo II, se hace referencia a las propiedades de adsorción y de catálisis de las zeolitas, que ofrecen la posibilidad de aplicarlas en el área ambiental y particularmente para los objetivos de este trabajo. Entre estas propiedades destacan la selectividad geométrica o de forma, que depende del tamaño y forma de los poros y cavidades de la estructura de las zeolitas. La presencia de sitios ácidos también representa una importante propiedad desde el punto de vista catalítico. Además, se mencionan los diferentes procesos existentes que combinan métodos catalíticos y fotoquímicos para la degradación de compuestos organoclorados, en especial se describen los aqui utilizados.
La parte experimental de este trabajo se describe en el capítulo III. Esta abarca la preparación de las muestras zeolíticas naturales (molturado y tamizado), la caracterización estructural: por espectrometría de absorción atómica (AA) se determinó la composición química de los materiales utilizados; por difracción de rayos X (DRX) se identificó la fase mayoritaria; y por cromatografia de gases (CG) se determinó la capacidad de adsorción de las muestras; la preparación de los catalizadores zeolíticos (ácidos y catiónicos), la realización de las pruebas de degradación fotoquímica, así como los análisis de cromatografia posteriores. Los catalizadores ácidos, se prepararon a partir de Zeolitas Naturales Mexicanas (ZNM), del tipo Clinoptilolita (ZNM-17 y ZNM-16), Natrolita (ZNM-6), y Erionita (ZAPS-1), mediante el procedimiento por contacto con solución de HCl. Para preparar los catalizadores zeolíticos catiónicos, se utilizaron sólo Clinoptilolita (ZNM-16) y Erionita (ZAPS-1), estas se intercambiaron por contacto con una solución salina de los cationes: Ag+, Cu2+, Fe2+, Ni²; previo tratamiento ácido con solución de HCl para eliminar impurezas de los materiales. Para simular agua contaminada se preparó una solución acuosa de clorobenceno, el cual fue tomado como compuesto modelo. Las pruebas se realizaron en un reactor de cuarzo, con agitación constante y para el seguimiento del proceso se utilizó un espectrofotómetro UV. Como fuente de luz UV se utilizó una lámpara de vapor de Hg (HBO 500). Además, se emplearon TiO2 como semiconductor y H2O2 como agente oxidante, con el fin de comparar el efecto tanto individual como sinérgico durante el proceso de fotodegradación catalítica. Al cabo de estas pruebas se realizaron análisis de cromatografía de gases de las soluciones finales para observar el cambio en la concentración del clorobenceno y determinar así el grado de disminución o degradación. El capítulo IV presenta los resultados de las pruebas de degradación, los cuales se evaluaron con respecto a los cambios que presentó el espectro de absorción UV de la solución acuosa de clorobenceno, observando: ningún cambio, ligero, notable y más notable o total. En general, las pruebas que presentaron más cambios notables, se manifestaron al aplicar luz UV, el catalizador zeolítico y el H2O2. Tal efecto también se observa en los análisis de cromatografia de gases, lo permite concluir que el proceso ha llevado a la degradación del compuesto original a productos todavía no identificados. Finalmente, el capítulo V hace referencia a las conclusiones que llevó la realización de este trabajo. Se determinó que el sistema que presenta una mayor degradación del clorobenceno, es el que utiliza peróxido de hidrógeno, seguido por el de dióxido de titanio. Comparando la participación de dos de los catalizadores Cu² ZNM-16 y Cu²+ZAPS-1, se determinó que el preparado a partir de ZAPS-1 mejoró notablemente el proceso de fotodegradación del clorobenceno. Así, se confirma el hecho de que las zeolitas representan una posibilidad cada vez mayor de ser empleadas en el área de control ambiental, principalmente en el desarrollo de técnicas de tratamiento de aguas contaminadas con compuestos organoclorados. El apéndice A contiene todos los espectros de absorción UV obtenidos de las pruebas de fotodegradación del clorobenceno, para cada catalizador zeolítico preparado con cada uno de los sistemas propuestos.