TESIS TRATAMIENTO DE AGUA FEMTON

Degradación Foto Catalítica del colorante Amarillo Cibacrón por medio de la reacción de Foto Fenton.

Yésica María Mosquera Quejada

Elias Fabián Sánchez

Universidad de Antioquia

Facultad de Ingeniería

Medellín-Colombia

2010

Degradación Foto Catalítica del colorante Amarillo Cibacrón por medio de la reacción de Foto Fenton.

Yésica María Mosquera Quejada

Elias Fabián Sánchez

Trabajo de grado presentado para optar al título de ingeniero químico

Asesora

Ingeniera Ximena Vargas

Universidad de Antioquia

Facultad de Ingeniería

Medellín-Colombia

2010

Nota de aceptación

Yésica:

Dedicada a mi madre, mi familia, amigos y demás compañeros por haber brindado toda esa paciencia y apoyo durante mi carrera e hicieron posible de una u otra manera este logro.

Fabián:

Dedicada a Margarita mi madre, mi hermano Eduardo, mi tía Esperanza. A mis primos Adrian, Alexander y Claudia; a mis amigos Idaly y Leonel. A mi familia y a todos los que me apoyaron durante mi carrera.

Agradecimientos

Este trabajo va dedicado a todos los que nos apoyaron durante este proceso de crecimiento en el Alma Mater.

A la ingeniera Ximena Vargas por la incondicional disposición en la asesoría del proyecto.

Al grupo de Procesos Fisicoquímicos Aplicados, a sus directores los doctores Gloria Restrepo y Luis Alberto Ríos, a todos los integrantes por su colaboración.

Al evaluador Jairo Cubillos por su constante apoyo.

A la universidad de Antioquia por el apoyo económico y logístico para que este trabajo de investigación fuera una realidad.

Resumen

Se llevó a cabo la degradación del colorante Amarillo Cibacrón LSR, colorante tipo azo, mediante el proceso Foto Fenton. Para ello, se estudiaron dos fuentes de hierro (Fe 2+ e Fe 3+) a tres concentraciones diferentes. Los resultados obtenidos mostraron que la mejor fuente de hierro fue de 4 ppm Fe2+y 6 ppm de H2O2, y fue posible degradar hasta el 97,6 % del colorante en 60 minutos. Además se estudió el efecto de adicionar cloruro de sodio en la solución del colorante, para simular las condiciones reales de un vertimiento textil.

Se empleó el espectrofotómetro UV-Visible, para medir la concentración de degradación del colorante y el método DQO para determinar la cantidad de oxigeno requerida, para la degradación de la materia orgánica presente en las muestras con adición de sales.

Palabras clave: Foto Fenton, procesos avanzados de oxidación, Colorante Amarillo Cibacrón, DQO, aguas residuales textiles.

Tabla de contenido.

1. Descripción del proyecto 12

1.1 Introducción 12

1.2 Objetivos 15

1.2.1 General 15

1.2.2 Específicos 15

1.3 Planteamiento del problema 16

1.3.1 Aguas residuales textiles 16

1.4 Marco teórico 18

1.4.1 Los procesos avanzados de oxidación (PAOs) 18

1.4.2 La radiación solar y aplicaciones en la Foto Ca¬tálisis 19

1.4.3 La fotólisis 20

1.4.4 La Foto Oxidación 21

1.4.5 Fenton 23

1.4.5.1 Generación de OH por fotólisis directa de H2O2 24

1.4.5.2 Generación del radical OH• por la reacción de Foto Fenton 25

1.4.6 Colorantes azoicos 26

1.4.7 Espectroscopia UV- Visible 28

1.4.8 Demanda química de oxígeno (DQO) 29

1.5 Antecedentes 29

1.6 Aplicaciones 32

1.5.1 Ventajas 32

1.5.2 Desventajas 32

2. Metodología 33

2.1 Materiales 33

2.2 Equipos 33

2.3 Reactivos 34

2.4 Experimental 35

2.4.1 Modelo 35

2.4.2 Factores 35

2.4.3 Niveles 36

2.5 Preparación de las soluciones 37

2.6 Degradación 38

2.7 Diseño de experimentos 38

2.8 Preparación de las soluciones para el análisis de la DQO 40

2.8.1 Estándar de la solución de digestión (Rango bajo) 40

2.8.2 Estándar de la solución Potasio Hidrógeno Ftalato (KHP) 40

2.8.3 Curvas de calibración 41

3. Análisis de resultados 42

3.1 Porcentaje de degradación mediante irradiación UV, utilizando Fe2+ como catalizador a diferentes concentraciones de H2O2 (Foto Fenton). 42

3.2 Porcentaje de degradación mediante irradiación UV, utilizando el Fe3+ como catalizador a diferentes concentraciones de H2O2 (Foto Fenton). 46

3.3 Efecto que produce el cambio de catalizador de Fe2+ a Fe3+ en la concentración. 50

3.3.1 Foto Degradación realizada con el ion de Fe2+ 50

3.3.2 Foto Degradación realizada con el ion de Fe3+ 50

3.4 Porcentaje de degradación mediante irradiación UV, adicionando una mezcla de sales (NaCl), utilizando Fe2+ como catalizador a diferentes concentraciones de H2O2. 52

4. Conclusiones 55

5. Recomendaciones 56

5. Bibliografía 57

Lista de figuras.

Figura 1. Estructura de las Aminas del Fenilo 28

Figura 2. Estructura de colorante amarillo Cibacrón LS-R 34

Figura 3. Degradación del Colorante Amarillo Cibacrón con fuente de Fe2+ a concentración de 4 ppm, a diferentes concentraciones de H2O2. 42

Figura 4. Degradación del Colorante Amarillo Cibacrón con fuente de Fe2+ a concentración de 2 ppm, a diferentes concentraciones de H2O2. 43

Figura 5. Degradación del Colorante Amarillo Cibacrón con fuente de Fe2+ a concentración de 1 ppm, a diferentes concentraciones de H2O2. 44

Figura 6. Degradación del Colorante Amarillo Cibacrón con fuente de Fe3+ a concentración de 4 ppm, a diferentes concentraciones de H2O2. 46

Figura 7. Degradación del Colorante Amarillo Cibacrón con fuente de Fe3+ a concentración de 2 ppm, a diferentes concentraciones de H2O2. 47

Figura 8. Degradación del Colorante Amarillo Cibacrón con fuente de Fe3+ a concentración de 4 ppm, a diferentes concentraciones de H2O2. 48

Figura 9. Degradación del Colorante Amarillo Cibacrón con fuente de Fe2+ a diferentes concentraciones de H2O2. 50

Figura 10. Degradación del Colorante Amarillo Cibacrón con fuente de Fe3+ a diferentes concentraciones de H2O2. 51

Figura 11. Degradación del Colorante Amarillo Cibacrón con Foto Fenton, con concentración de 4 ppm Fe2+ y 2 ppm Fe3+ a 6 ppm de H2O2, con adición de NaCl 0.1 M 53

Lista de tablas.

Tabla 1. Amina de Definilo 28

Tabla 2. Listado de materiales 33

Tabla 3. Listado de equipos 33

Tabla 4. Listado de reactivos. 34

Tabla 5. Experimento 1: Evaluación de la relación óptima Fe2+ /H2O2 38

Tabla 6. Experimento 2: evaluación de la relación óptima Fe3+ /H2O2 39

Tabla 7. Experimento 3: Efecto causado por adición de sales 40

Tabla 8. Listado de muestras de la DQO con adición de sales 54

1. Descripción del proyecto

1.1 Introducción

La contaminación del agua es la acción y el efecto de introducir materias o formas de energía, inducir condiciones en el agua que de modo directo o indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores o con su función ecológica [FRERS, 2009].

La contaminación de aguas residuales en la industria textil ha sido preocupación por parte de la comunidad ambientalista, más hoy deja de ser una simple inquietud de una minoría para ser una problemática mundial. Una fracción importante de los contaminantes liberados al ambiente en los efluentes, son los residuos de colorantes. La estructura de estos es de naturaleza orgánica, su degradación es lenta y difícil, puesto que los organismos presentes en la naturaleza no poseen mecanismos adecuados para realizar su descomposición rápida y esto genera que se acumulen en el ecosistema, generando fuentes de contaminación [EUTROFICACIÓN, 2009].

La escasez de agua representa un riesgo para el bienestar humano, a la vez que se han incrementado los problemas relacionados con la salud y la higiene. Como evidencia el 80% de enfermedades en los países en vías de desarrollo son causadas por el suministro deficiente de agua. [BAUER, et al, 1999]

La protección y conservación de los recursos naturales constituyen hoy en día una de las principales preocupaciones sociales. Entre estos recursos se destaca en primer lugar el agua como un bien preciado y escaso,

...