DEGRADACIÓNCIÓN DE UN COLORANTE VEGETAL APLICANDO UN PROCESO DE OXIDACIÓN AVANZADA

Transcripción

1 DEGRADACIÓNCIÓN DE UN COLORANTE VEGETAL APLICANDO UN PROCESO DE OXIDACIÓN AVANZADA Liliana Judith GARCÍA L., Ma. Del Sagrario ALONSO Z., Patricia BALDERAS H. Carlos BARRERA D. y Gabriela ROA M Universidad Autónoma del Estado de México. Facultad de Química. Toluca, Estado de México, México, correo electrónico: gabyroamo@yahoo.com.mx. Palabras clave: electroquímico, fenton, colorante. RESUMEN La remoción de un colorante rojo vegetal en agua por medio del proceso de electroperoxicuagulación con electrodos de hierro fue evaluado empleando un reactor batch electroquímico piloto. Bajo condiciones constantes en ph de 4 y una intensidad de corriente de 4 A se varío la cantidad de H 2 O 2 y el tipo de electrolito, empleando como electrolitos NaCl, (NH 4 ) 2 SO 4 y Na 2 SO 4 a una concentración de 0.01 M. La eliminación del colorante fue más eficiente empleando Na 2 SO 4 como electrolito y una cantidad dosificada del H 2 O 2, logrando así una remoción del color del 100 % a los 25 minutos del tratamiento. Finalmente la concentración del colorante en el agua se monitoreo a través de la medición de la absorbancia en el Espectrofotómetro UV. INTRODUCCIÓN Los colorantes son ampliamente utilizados en diversas áreas de la industria, por lo que estos forman parte del agua residual y regularmente se encuentran en altas concentraciones, disminuyendo la calidad del agua. Varios métodos han sido desarrollados para quitar el color en las aguas residuales, que varían en eficacia, costo e impacto ambiental. Tradicionalmente, tratamientos biológicos empleando lodo activado han sido empleados y pueden reducir la DBO, pero no quitan con eficacia el color debido a que la oxidación es muy lenta. Las comúnmente denominadas Tecnologías de Oxidación Avanzadas (TOAs) constituyen un grupo de procesos para el tratamiento de efluentes ambientales. Los procesos de oxidación avanzada, se caracterizan por la utilización de sustancias químicas que aceleren la formación de radicales OH.. Actualmente, una de las técnicas más empleadas es el empleo conjunto de peróxido de hidrógeno y sales de Fe 2+, lo que se conoce como reactivo Fenton. Se han introducido y se han desarrollado dos nuevos avances en los procesos de la oxidación electroquímica para la degradación de contaminantes orgánicos presentes en agua residuales, el llamado Electro-Fenton y peroxicoagulación. 1

2 El proceso Electro-Fenton es realizado con un ánodo convencional y el poder de oxidación del H 2 O 2 electrogenerado es realzado por la adición de Fe 2+ a la solución, porque el radical OH está formado por la clásica reacción de Fenton ente Fe 2+ y el H 2 O Fe + H2O2 + H+ Fe + OH + H2O Ec. 1 En contraste, el proceso peroxicoagulación está basado en el uso de un ánodo de Fe sacrificado el cuál es electrodisuelto suministrando cantidades estequiométricas de Fe 2+ al efluente. El Fe 2+ reacciona con el H 2 O 2 electrogenerado y el exceso de Fe 3+ formado precipita como Fe(OH). Los contaminantes son entonces removidos por la acción combinada de su degradación homogénea con OH generado por la reacción mostrada en la educación 1 y su coagulante con el Fe(OH) 3 precipitado. En el presente trabajo se aplicara el tratamiento electroquímico Fenton con el fin de remover un colorante rojo vegetal para la disminución del parámetro color. MATERIALES Y MÉTODOS Determinación de la curva de calibración: Se empleo un colorante rojo vegetal de concertación 2.6 %, del cual se preparó una solución estándar con 600 μl de colorante y se aforó a100 ml, teniendo así una concentración del colorante de 1.68 X10-4 g/ml Se obtuvo el espectro de absorción de la solución de color y se determinó la longitud de onda máxima para la curva de calibración. Para determinar la curva de calibración la cual nos determina la concentración del colorante en la solución se preparó una solución de 50 ml de agua destilada con 200 μl de la solución estándar y se midió la absorbancia en el espectrofotómetro, enseguida se agregó a esta solución de nuevo 200 μl de la solución estándar para aumentar la concentración del colorante y tener otra lectura de la absorbancia, de la misma forma aumentando sobre la solución la concentración del colorante se obtuvieron varias lecturas de absorbancia a diferentes concentraciones del colorante, con lo que al graficar dichos puntos se obtuvo la curva de calibración para así conocer a través de la absorbancia cualquier concentración del colorante en solución. La ecuación de la curva de calibración se obtuvo mediante la Ley de Lamber-Beer que se describe con la siguiente ecuación: A = cle Ec. 2 Donde: A = Absorbancia c = Concentración del colorante g/ml l = Longitud de paso óptico, cm E = Coeficiente de absortividad específico, cm -1 g -1 ml 2

3 Preparación de la muestra de agua: Se emplearon 2 L de agua destilada en el reactor electroquímico, al cual se agregó el colorante y se midió la absorbancia de dicha solución para determinar la concentración inicial del colorante en solución por medio de la curva de calibración, siendo el procedimiento para cada caso. Reactor electroquímico: Se empleó una celda electroquímica de electrodos de hierro, la cual fue hecha con un recipiente rectangular con una capacidad de 2 L y dos barrillas de aluminio las cuales soportan un total de 10 placas de hierro rectangulares. Cinco placas fueron conectadas como cátodo y cinco placas como ánodo, las placas tienen una dimensión de 5 cm por 10 cm. lo cual hace un área activa de hierro de 250 cm 2. La corriente directa suministrada al reactor fue dada por una fuente de poder a una intensidad de 4 Amp, condición que se mantuvo constante, por 60 minutos al igual que el ph que fue de 4 a lo largo de todo el tratamiento. Los parámetros que se variaron en dicha experimentación fueron la cantidad de H 2 O 2 y el tipo de electrolito, en este caso se empleó como electrolitos el NaCl, el (NH 4 ) 2 SO 4 y el Na 2 SO 4 a una concentración de 0.01 M. En total se realizaron 4 experimentaciones. Método de análisis: El efecto del tratamiento electroquímico fue determinado por el análisis de la concentración del color a diferentes intervalos de tiempo. La concentración del color se midió en el Espectrofotómetro cada 5 minutos durante los 60 minutos que duro el tratamiento electroquímico. RESULTADOS Construcción de la curva de calibración: Para realizar la evolución del tratamiento electroquímico se realizó una curva de calibración del colorante rojo, por lo que se realizó la caracterización espectrofotometría de este. La figura 1 a muestra el espectro de absorción del colorante rojo a una concentración de E-05 g ml -1 se observa una banda de absorción con un máximo de longitud de onda en 518 nm por lo que se toma este dato para construir la curva de calibración (figura 1 b).se puede observar que en el intervalo de concentraciones de E-07 g ml -1 a E-05 g ml -1 la absorbancia aumenta proporcionalmente con la concentración, obteniendo un comportamiento lineal de acuerdo al análisis estadístico debido a que se obtuvo un coeficiente de correlación (r 2 ) de enseguida se muestra la ecuación que representa a la recta. A = 44161C Ec. 3 3

4 3 A nm A Longitud de onda, nm E E E E E-05 [Rojo] g/ml (a) (b) Figura 1. a) Curva de calibración del colorante rojo vegetal. b) Espectro de absorción del colorante Una vez obtenida la curva de calibración se procedió a realizar el tratamiento electroquímico. Efecto del electrolito soporte y de la cantidad de H 2 O 2 en el tratamiento electroquímico. En la primera experimentación se emplearon 10 ml. de H 2 O 2, para el tratamiento de electrofenton; se empleó una concentración de 0.01 M de Na 2 SO 4, debido al tratamiento electroquímico, el asenso del ph se tuvo que controlar con la adición de una solución 1M de H 2 SO 4. Con lo que se obtuvieron los siguientes resultados (Fig. 2) en cuanto a la disminución del color en los 60 minutos que se aplicó el tratamiento. 3.0E Figura 2. Resultados de la concentración del colorante en la primera experimentación 4

5 En la Fig. 2 se puede observar que la remoción del color en un 100 % se alcanzo a los 50 minutos del tratamiento. Para el caso del electrolito de (NH 4 ) 2 SO 4 se utilizaron exactamente las mismas condiciones que en la primera experimentación y después de 60 minutos de tratamiento los resultados en la remoción del color (Fig. 3) fue del 97.5 %; 3.0E Figura 3. Resultados de la concentración del colorante en la segunda experimentación Para ambos casos se observó que al final de las muestras y al término del tratamiento el H 2 O 2 estaba en exceso. Para lo cual, basándonos en la estequiometría de la reacción de oxidación del hierro se calculo la cantidad a emplear de H 2 O 2 a través de la Ley de Faraday. Ley de Faraday: Empleando la Ley de Faraday (Ec. 4) podemos calcular la cantidad máxima producida de Hierro en el proceso electroquímico, con las condiciones experimentales de 4 A de corriente y 60 minutos del proceso, la constante de la Ley de Faraday (F= C mol -1 ) y la carga sobre el catión (z= +2), es posible calcular la máxima cantidad de Fe, en este caso es mol o g. y en base a la estequiometría de la reacción en la Ec. 1. Se tiene que se requieren 2.53 g. de H 2 O 2 o o 2.24 ml de H 2 O 2 para que no exista un exceso de este. it n = Ec. 4 zf En las siguientes dos experimentaciones se empleo 2.24 ml de H 2 O 2, utilizando como electrolitos NaCl y Na 2 SO 4 bajo las condiciones ya descritas, al emplear el NaCl la remoción del color fue del 100 % a los 30 minutos (Fig. 4), mientras que 5

6 para el caso del Na 2 SO 4 se removió el color completamente a los 25 min como se observa en los resultados de la Figura E Figura 4. Resultados de la concentración del colorante empleando NaCl como electrolito Figura 5. Resultados de la concentración del colorante empleando Na 2 SO 4 como electrolito. DISCUSIÓN La reacción electrofenton empleada para la eliminación del colorante fue 100 % eficiente empleando Na 2 SO 4 como electrolito soporte y una cantidad dosificada del H 2 O 2, puesto que al suministrar lentamente el H 2 O 2 no se elevo drásticamente el ph y fácilmente se mantuvo el ph en 4, a diferencia de que la adición de 10 ml de 6

7 H 2 O 2 provoco la elevación de ph hasta 8, y a este ph se llega a descomponer el H 2 O 2 por lo que decrece la eficiencia de la reacción de electrofenton. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen el financiamiento al Proyecto 2228 UAEMex REFERENCIAS 1. Cañizares, P, García, J, Labato, J y Rodrigo, M. (2004). Modeling of Wastewater Electro-oxidation processes part II. Apliccation to Active Electrodes. Ind. Eng. Chem. Res. Vol (43): Riveiro, A, Mateus, E, Ottosen, L y Bech-Nielsen, G. (2000). Electrodialytic removal of Cu, Cr, and As from chromated copper arsenatetreated timber waste. EnViron. Sci. Technol.Vol (34):