PROCESO PARA LA DEGRADACIÓN DE COLORANTES TEXTILES MEDIANTE DE FOTOCATALIZADORES

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PROCESO PARA LA DEGRADACIÓN DE COLORANTES TEXTILES MEDIANTE DE

FOTOCATALIZADORESINSTRUMENTACIÓN Y CONTROL

Orrantia Hernández Valdez Duarte Porras Barrón Caraveo Rendón

CATÁLISISRivera OrozcoPadilla Cardenas

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUAFACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL- CATÁLISIS

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Introducción

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Resistentes a :Agentes oxidantes y reductores

Lavados Exposición a la luz

Degradación microbiana

Del 2 al 50% desechados

en las aguas residuales

120 , 000 L/ Ton fibra

Naranja ácido 7

Violeta básico 3

Azul pícrico

Azul ácido 40

Azul ácido 74

Azul 19

Azul 69

INTRODUCCIÓN

PROCESO PARA LA DEGRADACIÓN DE COLORANTES TEXTILES MEDIANTE FOTOCATALIZADORES

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Colorantes textiles

Tienen un grupo

cromóforo que da el

color .

Alta solubilidad en

agua.

Los colorantes tienen una

pobre fijación sobre las

telas y en el líquido que se

descargan.

Se encuentran en

concentracion

es de colorante arriba de

1,500 mg/L.

INTRODUCCIÓN


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Sales: NaCl y Na2SO4

• Provenientes del teñido

Agentes surfactantes• Fenoles • Metales pesados

Compuestos orgánicos • Solventes clorados• Provenientes del lavado y la limpieza de máquinas

Biocidas • Pentaclorofenol• Proveniente de fibra de lana contaminada

Aniones tóxicos • Sulfuro• Presente en algunos colorantes

Toxicidad INTRODUCCIÓN


6Fotocatálisis Heterogénea

Fotocatálisis Homogénea

POA’S

OH-

O2-

Fe2+ + H2O2 + hv → Fe3+ + OH• + OH-

TiO2 + H2O2 OH• + OH-

Fotocatalizador

INTRODUCCIÓN


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Definición del Problema


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Muchas actividades industriales liberan grandes cantidades de efluentes, contaminadas con colorantes al ambiente , siendo la principal fuente emisora de colorantes, la industria textil

Genera grandes residuos causando un reto la destrucción del colorante, en la mayoría de los casos considerado un contaminante tóxico y cancerígeno

Este trabajo de investigación se centra en el estudio de la Técnicas heterogénea y homogénea para el colorante azul reactivo 69 (AR69). Asimismo se ha estudiado el efecto sobre la cinética de decoloración de las aguas con el fin de encontrar el óptimo de aplicación.

PROBLEMÁTICA


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Selección de la mejor vía


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Fotocatalizador

SiO2

Fe+2

TiO2

Este proyecto se sugiere una fusión de las dos técnicas, utilizando el fotocalizador dióxido de titanio (TiO2) dopado con iones de fierro (Fe) soportado sobre sílice (SiO2), Fe/TiO2/SiO2.

Características

Las especies fotoactivas

permanecen durante la operación

El soporte resiste a las reacciones de oxidación y

tiene alta estabilidad

Los iones de Fe mejora las propiedades catalíticas, debido a la contribución de las reacciones tipo

Fenton.

+ H2O2

SELECCIÓN DE LA MEJOR VÍA


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Materiales

Técnica sol-gel: De esta técnica se obtendrá el catalizador TiO2/Fe/SiO2

•Sílice pirogénica•Tetracloruro de titanio (TiCl4)•Nitrato férrico 9-hidratado (Fe(NO3)3.9H2O)•Hidróxido de amonio (NH3OH)

Suspensión • Azul Reactivo AR69•H2O2 al 30% •Catalizador

Ajuste de pH•HNO3

Equipos:•Mezclador propela marina •Colector solar plano •Decantador/Clarificador•Evaporador•Compresor •Inyector•Bombas impulsor de acero al carbón para su resistencia al acido•Tubería para de colectores pyrex•Tubería de conexión de teflón



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Sistema fotocatalítico elemental

Sistema Fotocatalítico



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SustentabilidadImplementación de colectores solares planos

El Estado de Chihuahua tiene regiones semiáridas que se caracterizan por la mayor cantidad de radiación solar, en donde más del 90% de la luz solar llega como radiación directa, ya que la precipitación es muy poca, menos de 250 mm, y no se tiene presencia abundante de nubosidad, presentándose más de 300 horas de luz solar por año.



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Recuperación y Reutilización del catalizador

Decantador/ClarificadorSecado por aspersión



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Metodología

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• El colorante AR69 en solución acuosa, en presencia de H2O2 (0.3 % en masa y 2 g/L de fotocatalizador) serán introducidos al tanque de mezclado. Donde también se hará el ajuste de pH a 3 unidades.

2• La suspensión estará agitándose continuamente para homogeneizar y

alcanzar el equilibrio de adsorción de las moléculas de colorante sobre la superficie del catalizador.

3• Se hará un muestreo a la salida de los colectores cada media hora para

evaluar la degradación del colorante.

4• Tiempo de operación 8 horas.• Tiempo de residencia 2 horas.

5• El proceso de recuperación del catalizador se realizará por decantación

siguiendo el proceso un secado en un secador flash.

6• La degradación del proceso será controlado manualmente.



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Mecanismos de reacción

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Procesos de Oxidación Avanzada Aplicados al Tratamiento de Aguas

• Son procesos fisicoquímicos capaces de producir cambios profundos en la estructura química de los contaminantes involucran la generación y uso de especies transitorias poderosas, fundamentalmente el radical hidroxilo OH.

• Funcionan a partir de diferentes combinaciones de ozono, peróxido de hidrógeno, radiaciones UV y dióxido de titanio, o mediante el reactivo Fenton (H2O2/Fe2+), se producen radicales OH.

MECANISMOS DE REACCIÓN


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Mecanismo General para Procesos de Oxidación Avanzada

OH + RH∙ R + H∙ 2O (Ecuación 1)

R + O∙ 2 RO2 +CO∙ 2 + Productos (Ecuación 2)

OH + R∙ R+ ∙ + HO∙ (Ecuación 4)

OH + R∙ HOR∙ (Ecuación 3)

OH + OH ∙ ∙ H2O2 (Ecuación 5)

H2O2 + OH∙ ∙ H2O + HO∙ (Ecuación 6)



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Mecanismo de la degradación de colorante textil Azul 69



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Primer camino de la reacción


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Segundo camino de la reacción


241 2

3

4

5



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Mecanismo global de la reacción

C23H14BrN3Na2O9S2 + H2O2 + Luz Uv CO2 + H20 + HBr + HN3 + SO2 + Na+

Fe/TiO2/SiO2



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Cinética Química


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Naturaleza y concentración del contaminante

CINÉTICA QUÍMICA

La cinética de degradación de compuestos sigue la ecuación de Langmuir-Hinshenlwod (ecuación 1).

(dC/dt)inicial –kKC/(1+KC) (1)

Degradación del colorante textil AR69

Ilustración 8. Perfiles de decoloración de AR69, bajo iluminación UV-A y en presencia de H 2O2, empleando los catalizadores Fe/TiO2/SiO2 (0.0, 0.5, 0.7, 1.0% en masa de Fe) (García, Ríos y Valverde, 2011)


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CINÉTICA QUÍMICA

Ilustración 9. Constante cinética aparente y % de remoción de COT, como una función de % en masa de Fe (García, Ríos y Valverde, 2011)


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Ilustración 10. Porcentaje de remoción de DQO como una función de % en masa de Fe. (García, Ríos y Valverde, 2011)

CINÉTICA QUÍMICA


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Balances de materia y energíaDiagrama de flujo

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Paso 1:Eliminando Diferencias de tipo molecular


BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA

C23H14BrN3Na2O9S2 + H2O2 + Luz Uv CO2 + H20 + HBr + HN3 + SO2 + Na+

Fe/TiO2/SiO2

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Paso 2 Distribución de reactivos

Tomando consideraciones:• El colorante esta en

suspensión 0.003% masa• La corriente de peróxido se

encuentra a 30% en peso en dilución

• El catalizador se alimenta a un 0.2 del peso en referencia la corriente del colorante.



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Paso 3Eliminar diferencia de composición



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Paso 4Eliminar diferencia en temperatura, presión y fase.



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Paso 5 Integración de Tareas


DIAGRAMA DE FLUJO

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DIAGRAMA DE FLUJO

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Mezclador para sólidos

Para llevará acabo la conversión heterogénea se necesita un buen grado de mezclado.


DIAGRAMA DE FLUJO

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Decantador

La densidad de el catalizador es mayor comparándola con el licor en el que se encuentra, y su nula solubilidad son usados en la separación.


DIAGRAMA DE FLUJO

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Secador de aspersión

Aire caliente moverá la alimentación del catalizador con alta humedad y usando un ciclón se separara de su humedad rápidamente


DIAGRAMA DE FLUJO

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Colector Solar


DIAGRAMA DE FLUJO

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ConclusiónLa planta propuesta para la

degradación de colorantes es aplicable a cualquier otro

además es de fácil manejo, y operación el costo de arranque es el único a

considerar, usando reactivos y sistemas amigables con el

ambiente además el catalizador es recuperable este el sistema trabaja con

principios de ingeniería verde

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PROCESO PARA LA DEGRADACIÓN DE COLORANTES TEXTILES MEDIANTE DE

FOTOCATALIZADORESINSTRUMENTACIÓN Y CONTROL

Idalia Orrantia Hernández Saúl Valdez Duarte Yesica Porras Barrón Ruth Caraveo Rendón

CATÁLISISMarioAlejandra

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUAFACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL- CATÁLISIS

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