estudio de degradaciÓn por fotocatÁlisis solar de los ... · análisis toc. 0 20 40 60 80 100 120...
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DIPLOMA DE ESTUDIOS AVANZADOSDIPLOMA DE ESTUDIOS AVANZADOS
ESTUDIO DE DEGRADACIESTUDIO DE DEGRADACIÓÓN N POR FOTOCATPOR FOTOCATÁÁLISIS SOLAR LISIS SOLAR
DE LOS PESTICIDAS DE LOS PESTICIDAS METASYSTOX R Y CARBARIL.METASYSTOX R Y CARBARIL.
Dirigido: Dr. Antonio Arques.Realizado: Raquel Sanchis.
Programa de Programa de doctoradodoctorado
PROGRAMA:PROGRAMA: Ingeniería Textil.
DEPARTAMENTO:DEPARTAMENTO: Ingeniería Textil y Papelera.
DENOMINACIDENOMINACIÓÓN DE LOS CURSOSN DE LOS CURSOS
Control de Calidad y Seguridad en la Industria Textil.
Espectroscopía Infrarroja y Técnicas Electro-químicas aplicadas a Polímeros.
Evaluación y Control de la Corrosión en Procesos Industriales.
Procesos de Oxidación Avanzada en Tratamientos de Aguas. Nuevos Materiales Catalizadores.
IntroducciIntroduccióónn
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
Resultados
Conclusiones
La contaminación de las aguas producida por pesticidas, ocasiona un problema medioambiental grave, debido a su elevada toxicidad.
La presencia de pesticidas es debida:
Actividades agrícolas.
Tratamientos fitosanitarios con fines no agrícolas.
Reunión de datos
Estudio de las alternativas
Minimización
Tratamiento y eliminación
Residuo no nocivo Vertido
Reducción
Separación y caracterización
Intercambio
Recuperación en materia y energía
Reunión de datos
Estudio de las alternativas
Minimización
Tratamiento y eliminación
Residuo no nocivo Vertido
Reducción
Separación y caracterización
Intercambio
Recuperación en materia y energía
IntroducciIntroduccióónn
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
Resultados
Conclusiones
Introducción
PesticidasPesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
Resultados
Conclusiones
El metasystoxmetasystox RR, producto comercial del pesticida metil-oxidemeton. Se utiliza en el cultivo de cítricos de la Comunidad Valenciana.
SCH3 CH2
CH2
CH2
O
SPO
OMeOMe
Introducción
PesticidasPesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
Resultados
Conclusiones
El carbarilcarbaril, se asigna al 1-naftalenil-N-metilcarbamato, insecticida que se utiliza en el control de plagas en granos de cereales, legumbres, pasturas y árboles forestales.
O.CO.NHCH3
Introducción
Pesticidas
FotocatFotocatáálisislisisSolarSolar
Experimental
Resultados
Conclusiones
Los procesos de depuración convencionales no resultan suficientes.
Se hace necesario buscar métodos alternativos.
Aparece como opción la FOTOCATÁLISIS SOLAR.
Método que destruye sustancias tóxicas hasta compuestos inocuos.
Los contaminantes son eliminados en un único proceso sin necesidad de ser extraídos previamente.
Utiliza energía procedente de una fuente limpia, abundante, ecológica, barata e inagotable.
Introducción
Pesticidas
FotocatFotocatáálisislisisSolarSolar
Experimental
Resultados
Conclusiones
Absorción directa o indirecta de energía
radiante ( visible o UV)
Sólido semiconductor de banda ancha TiO2
La destrucción y eliminación de contaminantes
Provoca
PorProducto no tóxico, abundante y barato.
Sin que el catalizador sufra cambios químicos
Introducción
Pesticidas
FotocatFotocatáálisislisisSolarSolar
Experimental
Resultados
Conclusiones
Esquema típico de un Sistema de Detoxificación Solar de agua.
Catalizador (TiO2)
SoportadoSuspensión
Agitador
CnHmOzXy
Agua contaminada
Filtro Bomba impulsión
Recirculación Reactor químico (colector solar)
Luz UV
Sol
nCO2+yHX+wH2O
Oxígeno (Aire)Oxidante
TiO2
ExperimentalExperimental
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
ExperimentalExperimental
Resultados
Conclusiones
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
ExperimentalExperimental
Resultados
Conclusiones
Cromatografía Líquida de Alta Resolución
Disolvente
HeIntroducción de la muestra
Registro
Detector
Columna
Bomba
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
ExperimentalExperimental
Resultados
Conclusiones
Analizador de carbono: TOC
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
ExperimentalExperimental
Resultados
Conclusiones
Respirometría de fangos activos.
Medida de la toxicidad producida por el pesticida sobre un volumen de fangos activos.
Agua residual Reactor
Cultivo bacteriano aerobio en suspensión
Materia orgánica
Sustancias más simples
Una serie compleja de reacciones químicas
Se introduceDonde se mantiene
Transforma
EnMediante
Catalizadas por enzimas
0
50
100
150
200
250
300
0 10 20 30 40 50Tiempo (min)
O c
onsu
mid
o (m
gO2/
Lh)
Tasa máxima de respiración
Adición de pesticida
Adición de 2g/L de acetato0
50
100
150
200
250
300
0 10 20 30 40 50Tiempo (min)
O c
onsu
mid
o (m
gO2/
Lh)
Tasa máxima de respiración
Adición de pesticida
Adición de 2g/L de acetato
Respirometría de fangos activos.
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
ExperimentalExperimental
Resultados
Conclusiones
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
ExperimentalExperimental
Resultados
Conclusiones
Planta Piloto de Fotocátalisis Solar.
Capacidad: 24 L de agua.
Superficie: 2 m2.
Volumen irradiado: 15.1 L.
Formada por:
16 tubos de pirex conectados entre sí.
2 espejos parabólicos.
Equipada con:
Un radiómetro (Acadus 85) que permite calcular la radiación solar acumulada, asícomo la radiación solar que se da en cada momento del ensayo.
MetasystoxMetasystox R R a escala a escala
laboratoriolaboratorioIntroducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
ResultadosResultadosMetasystox escala
laboratorio
Metasyxtox en planta piloto
Carbaril escala laboratorio
Conclusiones
0
1020
3040
5060
7080
90
0 1 2 3 4 5 6Tiempo (h)
Foto
degr
adac
ión
(%)
Metasystox (0.1g/L)+TiO2 (0.2g/L) Metasystox (0.1g/L)+TiO2 (0.5g/L)
Metasystox (0.05g/L)+TiO2 (0.2g/L) Metasystox (0.05g/L)+TiO2 (0.5g/L)
Porcentaje de degradación de las diferentes muestras en función del tiempo.
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
ResultadosResultadosMetasystox escala
laboratorio
Metasyxtox en planta piloto
Carbaril escala laboratorio
Conclusiones
y = -0,2775x - 0,0818R2 = 0,964
y = -0,3842x - 0,0203R2 = 0,9914
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
00 1 2 3 4 5 6
Tiempo (h)
Ln(C
/C0)
Metasystox 0.05 g/L + TiO2 (0.2g/L) Metasystox 0.05 g/L + TiO2 (0.5g/L) Lineal (Metasystox 0.05 g/L + TiO2 (0.2g/L) )Lineal (Metasystox 0.05 g/L + TiO2 (0.5g/L) )
Cinética de degradación de las muestras de Metasystox 0.05 g/L en función del tiempo
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
ResultadosResultadosMetasystox escala
laboratorio
Metasyxtox en planta piloto
Carbaril escala laboratorio
Conclusiones
Análisis TOC.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
TOC(mg/L)
Inicial TiO2 (0.2g/L) TiO2 (0.5g/L) TiO2 (0.5g/L)sin luz
5 h
Análisis respirométrico.
Ensayo sin TiO2, la toxicidad es de 70% a las 3 horas.
11%3 horas
45 %1 hora
81 %Inicial
Toxicidad
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
ResultadosResultadosMetasystox escala
laboratorio
Metasyxtox en planta piloto
Carbaril escala laboratorio
Conclusiones
MetasystoxMetasystox R R en planta en planta
pilotopilotoIntroducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
ResultadosResultadosMetasystox escala laboratorio
Metasyxtox en planta piloto
Carbaril escala laboratorio
Conclusiones
Análisis HPLC.Rápido descenso en la concentración de pesticida: alrededor de un 70 % a las 5 horas.
Análisis TOC.
Reducción moderada, debido a la presencia de sustancias orgánicas que se encuentran en la formulación comercial.
Análisis respirométrico.
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
ResultadosResultadosMetasystox escala laboratorio
Metasyxtox en planta piloto
Carbaril escala laboratorio
Conclusiones
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%%
inhi
bici
ón
0 1 2 3 4 5Tiempo (h)
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
ResultadosResultadosMetasystox escala laboratorio
Metasyxtox en planta piloto
Carbaril escala laboratorio
Conclusiones
CarbarilCarbaril a a escala escala
laboratoriolaboratorio
Análisis HPLC
Porcentaje de degradación del carbaril0.05 g/L a diferentes concentraciones de fotocatalizador TiO2 en función del tiempo
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
ResultadosResultadosMetasystox escala laboratorio
Metasyxtox en planta piloto
Carbaril escala laboratorio
Conclusiones
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6
Tiempo (h)
% d
egra
dado TiO2 (1g/L)
TiO2 (0.5g/L)
TiO2 (0.2g/L)
TiO2 (0g/L)
y = -0,9389x - 0,0453R2 = 0,9728
y = -1,1923x + 0,2153R2 = 0,9449
y = -0,9274x - 0,1225R2 = 0,991
y = -0,0902x
-7,00
-6,00
-5,00
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
0 1 2 3 4 5 6
Tiempo (h)
Ln(C
/Co)
TiO2 (1g/L)TiO2 (0.5g/L)TiO2 (0.2g/L)TiO2 (0g/L)Lineal (TiO2 (1g/L))Lineal (TiO2 (0.5g/L))Lineal (TiO2 (0.2g/L))Lineal (TiO2 (0g/L))
0
20
40
60
80
100
% d
esce
nso
del T
OC
3 h
TiO2 (0.2 g/L) TiO2 (0.5 g/L) TiO2 (1 g/L) TiO2 (0 g/L)
0102030405060708090
% D
esce
nso
del T
OC
1
5 h
TiO2 (0.2 g/L) TiO2 (0.5 g/L) TiO2 (1 g/L) TiO2 (0 g/L)
Análisis TOC
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
ResultadosResultadosMetasystox escala laboratorio
Metasyxtox en planta piloto
Carbaril escala laboratorio
Conclusiones
Carbaril 50 mg/L
Carbaril 100 mg/L
Análisis respirométrico.
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
ResultadosResultadosMetasystox escala laboratorio
Metasyxtox en planta piloto
Carbaril escala laboratorio
Conclusiones
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5 6
Tiempo (h)
% in
hibi
ción
TiO2 (0.2 g/L) TiO2 (0.5 g/L) TiO2 (0 g/L)
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
Resultados
ConclusionesConclusiones
ConclusionesConclusiones
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
Resultados
ConclusionesConclusiones
La adición óptima de TiO2 es de 0’5 g/L.
A mayor tiempo de exposición solar, menor concentración de pesticida.
Las muestras en ausencia de fotocatalizador(fotólisis), muestran que no existe disminución de la toxicidad.
Método muy eficaz para el tratamiento de aguas que contienen pesticidas.
La eliminación total y completa del principio activo en ambos casos, puede ser lograda fácilmente, tanto a escala de laboratorio como en la planta piloto.
Los ensayos repirométricos muestran una relación directa entre la degradación de los pesticidas y la detoxificación de las muestras.
Una opción a tener en cuenta, sería un primer proceso de fotocatálisis solar para conseguir el objetivo de la detoxificación de la solución y un posterior proceso biológico para el tratamiento de las sustancias orgánicas remanentes no tóxicas.
Introducción
Pesticidas
FotocatálisisSolar
Experimental
Resultados
ConclusionesConclusiones
ESTUDIO DE DEGRADACIESTUDIO DE DEGRADACIÓÓN N POR FOTOCATPOR FOTOCATÁÁLISIS SOLAR LISIS SOLAR
DE LOS PESTICIDAS DE LOS PESTICIDAS METASYSTOX R Y CARBARIL.METASYSTOX R Y CARBARIL.