Ozonación Fotocatalí.ca

Transcripción

1 zonación Fotocatalí.ca DEPARTAMENT DE INGENIERÍA QUÍMICA Y QUÍMICA FÍSICA INSTITUT UNIVERSITARI DEL AGUA, CAMBI CLIMÁTIC Y SSTENIBILIDAD UNIVERSIDAD DE EXTREMADURA Badajoz 2016 Fernando J. Beltrán 1

2 Tecnologías Avanzadas Tratamientos de Efluentes Líquidos Procesos de Adsorción e Intercambio Iónico Procesos de Membrana xidación Química Avanzada Presión y temperatura ambiente Principales agentes: zono, Peróxido y Radiación Presión y temperatura elevadas xidante: Radicales Hidroxilo zonación zonación + peróxido de hidrógeno zonación + Radiación UV zonación + Catalizadores zonación + Radiación + Catalizador xidación FotocatalíTca Radiación + Peróxido de Hidrógeno Fenton: Fe(II) + Peróxido de Hidrógeno Fotofenton xidación húmeda xidación SupercríTca (>221ºC, 374 atm)

3 ZNACIÓN FTCATALÍTICA Reacciones del ozono en el agua Procesos de oxidación avanzada del ozono en agua xidación fotocatalísca

4 Mecanismos de reacciones de zono en agua R. Directas R. Indirectas Transferencia de electrones u oxígeno Descomposición en radicales hidroxilo * Reacciones de cicloadición * Reacciones de subs.tución electroflica

5 REACCINES DIRECTAS DEL ZN * Reacciones de transferencia 3 + H - = H H 2 - = H = Fe 2+ = Fe + + 2

6 * R.Cicloadición R 2 C + CR 2 _ R 2 C * R. SusTtución eletrodlica CR 2 R 2 C A + _ H 2 + R 2 C R 2 C= H H R 2 C= + H 2 2 * Nucleophylic points (negatvely charged) CH * H * + * + _ H + H - 2 _ B H H 3 H H H 2 H CH H 2 2 H C H CH

7 R. xidación indirecta de ozono PA con zono 3 /H H H + k= 2.8x10 M s hν 3 /UV(254nm) 3+ H2 H H hν H 3 /Catalizadores (en Inves.gación y desarrollo) Diferentes rutas accion Molecular o H Catal. 3 Re 3 /UV/Catalizadores (en Inves.gación y desarrollo) Diferentesrutas h y oh Catal. + 3 / Radiacion

8 XIDACIÓN FTCATALÍTICA 1972: Fujishima y Honda División de la molécula de agua utlizando electrodos de Ti 2 y Pt 1978: Frank y Bard Eliminación de contaminantes ambientales Descripción del proceso Lámpara UV Energia > E. ancho de banda Electrón (reductor) rbitales moleculares Semiconductor electron Banda de conducción Dif. De energía o Ancho de banda Banda de valencia Punto oxidante (hueco)

9 XIDACIÓN FTCATALÍTICA Fuente de radiación Energia > E. ancho de banda Banda de Conducción - + Radical Superoxido 2- /H 2. Banda de Valencia + Radical Hidroxilo H Semiconductor

10 Potencial Redox de Ti 2 (Anatasa) Anatasa, Ti 2 λ=385 nm 2 /H 2. 3,2 ev H./H 2

11 PRCESS DE XIDACIÓN FTCATALÍTICA PRBLEMAS A RESLVER: Baja eficiencia o nivel de eliminación de contaminantes Separación del semiconductor del agua Posible pérdida de actvidad y/o estabilidad del semiconductor PSIBLES CAUSAS Recombinación de los portadores de carga o proceso de inhibición Baja utlización de la energía solar, zona visible del espectro de radiación electromagnétca Tamaño de parpcula del semiconductor y superficie actva

12 PRCESS DE XIDACIÓN FTCATALÍTICA PSIBLES PASS PARA MEJRAR EL RENDIMIENT DEL SISTEMA UTlizar agentes más oxidantes que el oxígeno: zono Mejorar la eficiencia del semiconductor para un mayor aprovechamiento de la energía (visible del sol) mejorar la estructura del catalizador y composición para una mejor y más fácil separación del agua

13 PRINCIPALES REACCINES DE ZN: 3 + e - = = H + = H. + 2

14 Anatasa, Ti 2 λ=385 nm 2 /H 2. 3,2 ev W 3 2,8 ev λ=443 nm H./H 2 3 / 3. -

15 PAREJAS DE SEMICNDUCTRES: Ti 2 - W 3 ZNACIÓN SLAR FTCATALÍTICA ZNACIN FTCATALITICA LS 1,0 0,8 MTP - P 25 C T- P 25 MTP - W 3 - T i 2 C T- W 3 - T i 2 C/C0 0,6 0,4 0,2 0, Tme TIEMP (min) Cambios en las concentraciones normalizadas de MTP y CT con Ti2 y W3- Ti2 de semiconductores. Condiciones: C MTP =2 mg L - 1 in agua residual urbana, CT 0 =35 mg L - 1, C CAT =0.5 g L - 1, Q g =20 L h - 1, C 3ge =10 mg L - 1, V R =0.5 L, ph=8.3

16 MEJRA DE LA SEPARACIÓN DEL SEMICNDUCTR DEL AGUA Magne.zación del semiconductor H + + H 2 - H H 2 2 H H H nm Contaminante Intermedios H C 2 + H 2 H H H H 2 2 H nm % Ti 2 MINE R ALIZ ATIN (% ) Fe 3 4 Carbón actvado RUN Después de 50 h

17 ZNACIN ZNACIÓN SLAR FTCATALITICA FTCATALÍTICA LS 1,0 0,8 MTP- P25 C T- P25 MTP- TiFeC C T- TiFeC 0,6 C/C 0 0,4 0,2 0, Tme TIEMP (min) Cambios en la concentración normalizada de MTP y en el CT con Ti 2 y TiFeC de semiconductores. Condicions: C MTP =5 mg L - 1, C CAT =0.25 g L - 1, Q g =20 L h - 1, C 3ge =10 mg L - 1, V R =0.25 L, ph=6

18 Contaminantes Emergentes Fármacos, Productos cuidado personal, etc DFC Diclofenac (DCF) (anti- inflammatory) Ketorolac (KTL) (anti- inflammatory) KTL CFE Caffeine (CFE) (stimulant) Sulfamethoxazol (SMX) (antibiotic) Metoprolol (MTP) (β- blocking) Hydroxybifenil (HBP) Antipirine (ATP) (antipirétic, analgesic) HBP SMX Norfloxacine (NFX) (antibiotic) Acetaminofeno (ACT) (analgesic) ACT MTP NFX ATP