Preparación, caracterización y estudios de campo de materiales para la

descontaminación y desinfección solar del agua

Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de IngenieríaInstituto Peruano de Energía Nuclear

Juan RodríguezJrodriguez@ipen.gob.pe

jrodriguez@uni.edu.pe

El Desafío de la Provisión de Agua Potable Segura: Tecnologías para la Región de LatinoaméricaPuerto Iguazú, Misiones, Argentina, 17, 18 y 19 de Octubre de 2005, 17-19 de Octubre del 2005

Safe drinking water: the need , the problem and an action plan, Report of the third world academy of Sciences, 2002

El problema del agua potable en el mundo

Radiación solar diaria en el Perú

FOTOCATALISIS HETEROGENEAFOTOCATALISIS HETEROGENEADescontaminación obtenida en un semiconductor por acción de los portadores de carga creados al absorber energía comparable al ancho de banda óptico del semiconductor.

hv > Eg

e−

h+

CB

VB

Degradacion del contaminante

3

1

2

5

BT

E

h+

e−

SS

6

7 8

4

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

HCl

Ana

se to

rutil

e ra

tio

pH

HNO3

20 25 30 35 40

0.93

0.78

Inte

nsity

(a.u

)

Angle of Diffraction (2Θ)

0.48

pH:

(b)

0.98

0.78

Inte

nsity

(a.u

.)

pH:

0.49

(a)

Sintesis de nanopartículas de TiO2

pH Anatase grain size (nm)

Rutile grain size (nm)

Anatase to rutile ratio, Eq 2

[HCl]/[Ti]

3.91 0.5 - 17 0

1.88 0.8 10 33 0.26

1.40 1.0 10 28 0.78

[HNO3]/[Ti]

3.91 0.5 10 22 0.25

1.88 0.8 13 25 0.52

1.40 1.0 12 - 1

(a)

(b)

(c)

(a)

(b)

(c)

HCl HNO3

pH=0.5

pH=0.8

pH=1

3.4.5. Influencia de la concentración del fotocatalizador degussa P-25 en suspensión: .Concentración de bacterias como función del tiempo de irradiación de una columna de agua de 15 cm. Semuestran también los controles en oscuridad tomados al inicio y al final del experimento.

Tiempo (min)

1 ppm 2 ppm 3 ppm

E-coli(UFC/mL)

Rojas(UFC/mL)

Verdes(UFC/mL)

E-coli(UFC/mL)

Rojas(UFC/mL)

Verdes(UFC/mL)

E-coli(UFC/mL)

Rojas(UFC/mL)

Verdes(UFC/mL)

0 437000 0 0 480000 0 0 472000 0 0

10 245000 0 0 185000 0 0 173000 0 0

20 193000 0 0 91000 0 0 56000 0 0

30 7100 0 0 3600 0 0 2700 0 0

40 500 0 0 20 40 0 80 20 0

50 100 0 0 0 20 0 0 10 0

60 80 0 0 0 50 0 0 20 0

Control inicial 487000

Control final 425000

0 50 100 150 200 250 300

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Coe

ncet

raci

on re

lativ

a de

l fen

ol (C

/Co)

Tiempo (min)

oscuridad fotolisis fotocatalisis

Figura 5. La evaluación de fotoactividad catalítica se a efectuado con Concentración de Fenol: 20 ppm, Peso de fotocatalizador: 5 g, Volumen:200 mL e Intensidad de la lámpara 10.21 mW/cm2.

Degradación fotocatalítica de Fenol:Pellets de Silicona-TiO2

1 2 3 4 50.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Con

cetra

cion

rela

tiva

del f

enol

Numero de degradación

Figura 6. Degradación fotocatalítica de 200 mL de una solución de 20 ppm de fenol sobre diferentes muestras realizadas con muestras de TiO2-silicona el numero de veces indicado.

Degradación fotocatalítica de Fenol:Pellets de Silicona-TiO2

1 mm

I

III

II

0.60 1.20 1.80 2.40 3.00 3.60 4.20 4.80

Energy (keV)

Intensity (arb. units)

Intensity(arb. units)

Intensity(arb. units)

(a)

(b)

(c)

Pellets TiO2/ carbon Activado : SEM-EDX

Pellets TiO2/ carbon Activado : DRX

20 30 40 50 60

+*

AC

A(1

00)

A(2

00)

A(0

04)

A(1

00)

Temperature of calcination:

300 oC

325 oC

350 oC

In

tens

ity (a

rb. u

nits

)

Diffration angle 2θ (deg.)

10 12 14 16 34 36 38 400.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

C/C

o

Time (hr)

10

100

1000

Pow

er (W

/m2 )

Global solar radiation UV-A (310 nm-400 nm)

10:00 12:00 14:00 16:00 10:00 12:00 14:00

Radiación solar global y UVA-(310-400 nm)

Concentracion relativa del Fenol (C/Co) vs tiempo durante dos dias consecutivos de un experimento típico de descontaminación fotocatalíticarealizado con pellets de TiO2/AC colocados en botellas PET llenas con 20 ppm de agua fenolada.

Agua Fenolada

Botella PETTiO2/AC

1. E. Carpio, P. Zúñiga, S. Ponce, J. Solis, J. Rodriguez and W. EstradaJ. Molecular catalysis A: Chemical, 228 (2005) 293-298

Prototipo para descontaminacion con irradiacion solar-Proyecto SOLWATER

Typical Solar Experiment

10:48 12:00 13:12 14:24 15:36 16:48 18:00

1

10

100

1000

10000

100000

ILLUMINATED

E-c

oli (

CFU

/mL)

Time (hh:min)

UV Ru TiO2

No bacteriae

DARK

08:2409:3610:4812:0013:1214:2415:3616:4818:001

10

100

1000

Stop

Sol

ar ra

diat

ion

(W/m

2 )

TIme (hh:mm)

Global

UV-A

Start3Feb05

Comparisson betwen of Photolysis and photocatalyis, 2 tubes, 12 L/min

Time (min) E-coli(cfu/mL) Red (pseudomonas) (cfu/mL) Green (pseudomones) (cfu/mL)

-10 3.27 x 106 0 00 1.02 x 106 1 x 104 060 1 x 104 2 x 104 0120 1 x 104 2.9 x 103 1.7 x 103

180 3.6 x 103 3.7 x 103 2.5 x 103

240 2.6 x 103 9.7 x 103 0300 9 x 102 8 x 102 0Regrowth after 18 h 0 7.2 104 2.9 x 104

Time (min) E-coli (cfu/mL) Red pseudomonas (cfu/mL) Green pseudomones (cfu/mL)

-10 5.0 x 106 0 00 2.76 x 106 1 x 104 060 9.6 x 105 2 x 104 1 x 104

120 6.2 x 104 1 x 104 1 x 104

180 1.2 x 104 4.6 x 103 1.9 x 103

240 4.8 x 103 7.1 x 103 2.1 x 104

300 1.5 x 103 1.34 x 104 0Regrowth after 18 h 1 x 103 4.2 104 2.0 x 104

0 3.37 x 106 0 0

300 4.86 x 106 0 0

CONTROL IN THE DARK

PHOTOLYSIS

PHOTOCATALYSIS, Alshtrom paper, 18th use

Photocatalyts

W% TiO2(Neutron activation analysis) New

13.4%

12.2%After 7th

use

100 μm

8.1 %After 18th

use

0 50 100 150 200 250 30010

100

1000

10000

100000

1000000

1E7

E-c

oli (

cfu/

mL)

Time(min)

Ru Photolysis

Degradation of E-coli:Comparisson betwen Photolysis and photocatalysis: Ru strip 4th use,

13 L/min

Ru complex supported material degradation

Weight lost in ethanol

0.20 g/cm2

0.152 g/cm2

100 μm

Analisis de Campo del Prototipo SOLWATER en Yaurisque-CUSCO

Evaluación de la desifección solar de agua en Yaurisque-CUSCO

O C E A N O P A C I F I C O

BRASIL

E C U A D O R COLOMBIA

CHILE

BOLIVIA

Yaurisque

Extremadamente pobreMuy pobrePobreRegularAceptable

Centro de Capacitación para el Desarrollo (CECADE), situado en Yaurisque, Cusco, se está evaluando el prototipo de desinfección solar del agua

Yaurisque-CUSCO

(a) (b)

Prototipo para descontaminación con irradiación solar-Proyecto SOLWATER

Experimento solar típico: En YAURISQUE

Prototipo para descontaminación con irradiación solar-Proyecto SOLWATER

Experimento solar típico: En YAURISQUE

Muestreo de agua para la desinfección solar en yaurisque Proyecto SOLWATER

Experimento solar típico: En YAURISQUE

Características fisicoquímcias del agua

Características del agua en Yaurisque-CUSCO

Physical chemical characteristics Value

PH 7,8

Total hard less CaCO3 mg/L 540

Total alkalinity mg/L 150

Total acidity CO2 mg/L 2,2

Chloride Cl- mg/L 30

Sulphate SO4- mg/L 210

Turbidity NTU 3,0

Conductivity uS/cm 620

Experimento solar típico: En Yaurisque-CUSCO

uestreo: 8:00 am,Recrecimiento:

Fecha: 19/05/05

Hora 14:00

Tiempo E-coli UFC/mL PsoudomonaUFC/mL

PseudomonaUFC/mL

T3 0 14 0

Características Tiempo E-coliUFC/mL

PsuedomonaUFC/mL

PseudomonaUFC/mL

pH 8,62 T-5 - - - -

TºC 9,3 T0 9:05 70 0 157

Conduc. 880 uS T1 11:30 0 10 0

Turb. < 5 ntu T2 14:00 0 150 0

Cl2 libre < 1 mg/L

control 110 0 160

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140

20

40

60

80

100

120

UFC

/ml

Numero de expermiento

t-0 t-5h control recrecimiento

Degradacion de e-colis con el sistema SOLWATER

Degradacion de pseudomonas rojas con el sistema SOLWATER

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140

20

40

60

80

100

120

140

160

UFC

/mL

Numero de Experimento

0 t-5h recrecimiento psudomonasrojaspseudomonas rojas

Degradacion de pseudomonas verdes con el sistema SOLWATER

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 140

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

UFC

/mL

Experimento numero

0 t-5h pseudomona-verde

Bach. Clido Jorge Rimachi

Lic. Elizabeth Ricra, 2003

Lic. Patricia Galarza, 2004

Lic. Edward Carpio, 2004

Lic. Patricia Zuñiga, 2004

Bach. José Diaz

Lic. Rosario López

MSc. Maria Quintana, 2005

MSc. Dora Maurtua

Dra. Silvia Ponce

Dr. Jose Solís

Dr. Juan Rodriguez

Dr. Walter Estrada

Integrantes:

Gracias

Agradecimientos:

-Proyecto OEA, ASO Project AE 141/2001

-SOLWATER project ICA4-CT-2002-10001,

-International Science Programme of the Uppsala University.

-IGI, Universidad Nacional de Ingeniería