METODO Y SISTEMA DE ELIMINACION DE MICROCONTAMINANTES ORGANICOS DE LAS AGUAS MEDIANTE RADIACION ULTRAVIOLETA Y CARBON ACTIVADO OZONIZADO.

Método y sistema de eliminación de microcontaminantes orgánicos de las aguas mediante radiación ultravioleta y carbón activado ozonizado.



Se propone un método de tratamiento basado en el uso simultáneo de carbón activado ozonizado en polvo y radiación UV combinada con la presencia de TiO2 que permite reducir la energía o la dosis de TiO2 necesarias para eliminar los microcontaminantes presentes en aguas.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201001645.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE GRANADA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: RIVERA UTRILLA,JOSE, SANCHEZ POLO,MANUEL, OCAMPO PEREZ,RAUL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C02F101/30 QUIMICA; METALURGIA.C02 TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS.C02F TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS (procedimientos para transformar las sustancias químicas nocivas en inocuas o menos perjudiciales, efectuando un cambio químico en las sustancias A62D 3/00; separación, tanques de sedimentación o dispositivos de filtro  B01D; disposiciones relativas a las instalaciones para el tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla en los buques, p. ej. para producir agua dulce, B63J; adición al agua de sustancias para impedir la corrosión C23F; tratamiento de líquidos contaminados por radiactividad G21F 9/04). › C02F 101/00 Naturaleza del contaminante. › Compuestos orgánicos.
  • C02F9/12 C02F […] › C02F 9/00 Tratamiento en varias etapas del agua, agua residual o de alcantarilla. › Irradiación o tratamiento con campos eléctricos o magnéticos.

PDF original: ES-2386183_A1.pdf

 


Fragmento de la descripción:

La presente invención propone un método y un sistema de tratamiento basado en el uso simultáneo de radiación ultravioleta, dióxido de titanio y carbón activado ozonizado para la eliminación de microcontaminantes orgánicos presentes en aguas CAMPO DE LA TÉCNICA El nuevo sistema de tratamiento propuesto está destinado principalmente a la depuración de aguas destinadas a consumo humano y efluentes industriales.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Debido a las restricciones ambientales y a la baja eficacia de los sistemas convencionales, basados en el uso de microorganismos, se han llevado a cabo numerosas investigaciones con el fin de desarrollar nuevos sistemas de tratamiento de aguas de gran efectividad en la eliminación de contaminantes orgánicos de baja biodegradabilidad y gran toxicidad. De esta forma, debido a su elevado potencial oxidante, surgió el uso del ozono como una alternativa bastante atractiva a los sistemas de tratamiento convencionales. Sin embargo, debido al elevado coste económico del mismo, su aplicación a gran escala no está, aún, muy extendida. Por ello, con el fin de reducir la dosis de ozono necesaria para alcanzar el nivel de depuración exigido por la legislación ambiental y, con ello, el coste del tratamiento, se han desarrollado nuevos sistemas de tratamiento de aguas conocidos como Procesos de Oxidación Avanzada basados en el uso simultáneo de ozono y peróxido de hidrógeno, ozono y radiación ultravioleta, reactivo Fenton, o FotoFenton (Oy'H20 2, OJUV, OJFe (II) /UV, radiólisis, Fenton, Foto-Fenton) . La base de todos estos procesos es la generación de radicales hidroxilo, especies de gran reactividad y elevado poder oxidante.

Las investigaciones más recientes se han centrado en el estudio del sistema que combina el uso de radiación ultravioleta con Dióxido de Titanio (UV/Ti02) , intentado mejorar las propiedades fotocatalíticas del Ti02. El Ti02, en su forma cristalina de anatasa, es el semiconductor más utilizado como fotocatalizador para la eliminación de contaminantes orgánicos e inorgánicos, tanto en fase líquida como en fase gas, debido a su alta disponibilidad, bajo costo, alta estabilidad química y nula toxicidad. La activación del Ti02 se logra cuando un fotón de luz con una energía mayor o igual a la diferencia de energía entre la banda de conducción y la banda de valencia del Ti02 (Eg = 3.2 eV) se absorbe sobre la superficie del Ti02 generando un par (ecB-+hvB+) . Los electrones fotogenerados pueden reducir compuestos orgánicos (R) , o reaccionar con O2 adsorbido para generar el radical superóxido O2'-. Por otro lado, los huecos fotogenerados pueden oxidar compuestos orgánicos o reaccionar con OH-o H20 para formar el radical HO', el cual es una especie altamente oxidante (E =2.8 V) para degradar compuestos orgánicos.

Las reacciones (1 ) - (8) presentan el mecanismo simplificado de la activación del Ti02 mediante el uso de luz ultravioleta (UV) I.K. Konstantinou, T.A. Albanis, TiOrassisted photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous solution: Kinetic and mechanistic investigations: A review, Applied Catalysis B: Environmental. 49 (2004) ]

Ti02 + hu (UV) -. ; Ti02 ( eCB-+hvB+) (1 ) Ti02 (hvB+) + H20-. ; Ti02 + H++ HO' (2) Ti02 (hvB+) + OH--. ; Ti02 + HO' (3)

Ti02 (ecB-) + 02~ Ti02+ O2' (4)

O2'-+ H+ ~H02' (5) R + HO' ~Productos de degradación (6) R + hVB+ ~Productos de oxidación (7) R + eCB-~Productos de reducción (8)

Se han realizado varios estudios para incrementar la actividad fotocatalítica del Ti02. Estos estudios se basan en: i) la modificación del método de impregnación del Ti02 sobre un soporte [T. Sreethawong, S. Yoshikawa, Enhanced photocatalytic hydrogen 5 evolution over Pt supported on mesoporous Ti02 prepared by single-step sol-gel process with surfactant template, Int J Hydrogen Energy. 31 (2006) 786-796; 7. H. Li, B. Zhu, Y. Feng, S. Wang, S. Zhang, W Huang, Synthesis, characterization of Ti02 nanotubes-supported MS (Ti02NTs@MS, M=Cd, Zn) and their photocatalytic activity, Journal of Solid State Chemistr y . 180 (2007) 2136-2142) ] , ii) la utilización de 10 fotosensibilizadores tales como: complejos de rutenio, vanadio, cobalto, cobre, hierro, platino y colorantes [Y. Xie, C. Yuan, X. Li, Photosensitized and photocatalyzed degradation of azo dye using Lnn + -Ti02 sol in aqueous solution under visible light irradiation, Materia/s Science and Engineering B. 117 (2005) 325-333; A.A. Nada, H.A. Hamed, M.H. Barakat, N.R. Mohamed, T.N. Veziroglu, Enhancement of photocatalytic 15 hydrogen production rate using photosensitized Ti02/RuOrMV2+, Int J Hydrogen Energy. 33 (2008) 3264-3269J Y iii) la impregnación de la superficie del Ti02 mediante metales de transición, lantánidos y metales alcalinos Investigaciones recientes muestran que la impregnación de la superficie del Ti02 con nanoparticulas de metales nobles tales como Au y Ag minimiza la recombinación de los electrones en el proceso fotocatalítico e incrementa la transferencia de electrones en la interfase. Los principales problemas de estos métodos son las limitaciones de transporte de masa que existen para que el contaminante alcance los sitios activos dentro del soporte y pueda degradarse. Además, el coste económico de estos materiales hace completamente inviable su aplicación en el tratamiento de aguas a gran escala.

El carbón activado también se ha utilizado exitosamente para incrementar la actividad fotocatalítica del Ti02. Este incremento se ha atribuido a un efecto sinérgico entre la interfase de las partículas de Ti02 y carbón activado. Así, Matos et al. [J. Matos, J. Laine, J. . Herrmann, Effect of the type of activated carbons on the photocatalylic degradation of aqueous organic pollutants by UV-irradiated titania, Journal of Catalysis. 200 (2001) 1O-20J estudiaron la degradación fotocatalítica de fenol, 4-clorofenol y el herbicida 2, 4-0 (2, 4-diclorofenoxiacético) , en presencia de Ti02 y dos carbones activados comerciales. Los resultados mostraron que la presencia de carbón activado tipo H mejoró la degradación fotocatalítica de los contaminantes y se obtuvieron factores sinérgicos de 2.5, 2.4 Y 1.3 para el fenol, 4-clorofenol y 2, 4 O, respectivamente. Cordero et al. [T. Cordero, C. Duchamp, J. Chovelon, C. Ferronato, J. Matos, Influence of L-type actívated carbons on photocatalylic activity of Ti02 in 4chlorophenol photodegradation, J. Photochem. Photobiol. A. 191 (2007) 122-131J estudiaron el efecto sinérgico en la fotodegradación de 4-clorofenol utilizando un carbón activado preparado a partir de madera Tabebuia pentaphyla. El carbón fue activado usando N2 o CO2 en un intervalo de temperaturas de 450 oC a 1000°C. Los resultados mostraron que el carbón activado produce un efecto sinérgico sobre la actividad catalítica del Ti02 mejorando la degradación de 4-clorofenol.

El mecanismo por el cual el carbón activado mejora la actividad fotocatalítica de Ti02 no es conocido y se atribuye principalmente a un efecto sinérgico entre las partículas de carbón activado y el Ti02.

DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1. Gráfica que representa la evolución de la concentración de de citarabina (CA/CAo) en función del tiempo de tratamiento, en minutos, mediante el sistema (UVITi02) en presencia de los distintos carbones activados. T = 25 oC, pH = 7, [Citarabinalo = 50 mg/L, masa de carbón = 5 mg, masa de Ti02 = 5 mg, V = 30 mL. Las líneas representan la predicción del modelo de primer orden.

Figura 2. Gráfica que representa la evolución de la concentración de de citarabina (CA/CAo) en función del tiempo de tratamiento mediante el sistema (UV/Carbón) en presencia de los distintos carbones activados. T = 25 oC, pH = 7, [Citarabinalo = 50 mg/L, masa de carbón = 5 mg, V = 30 mL. Las líneas representan la predicción del modelo de primer orden.

Figura 3. Gráfica que representa la evolución de la concentración de citarabina (CA/CAo) en función del tiempo de tratamiento sin la contribución adsortiva, mediante el sistema UVITi02 en presencia de los carbones activados. T = 25°C Y pH = 7. Co =50 mg/L masa de carbón = 5 mg, masa de Ti02 = 5 mg, V = 30 mL. Las líneas representan la predicción de la ecuación (3) .

Figura 4. Gráfica que representa la evolución de la concentración de citarabina (CA/CAo) en función del tiempo de tratamiento, sin la contribución adsortiva ni fotocatalítica (UVITi02) , mediante el sistema UVITi02 en presencia de los carbones activados oxidados. T = 25°C Y pH = 7. Co = 50 mg/L, masa de carbón = 5 mg, masa de Ti02 = 5 mg, V = 30 mL. Las líneas representan la predicción representan la ecuación (4) .

di'... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método de tratamiento de aguas caracterizado por utilizar radiación UV en presencia de Ti02 y carbón activado ozonizado simultáneamente.

2. Método para el tratamiento de aguas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la dosis de carbón activado ozonizado introducida está comprendida entre 1 y 250 mg/L.

3. Método para el tratamiento de aguas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tamaño de grano del carbón activado 10 utilizado está entre 0.05 y 0.08 mm.

4. Método de tratamiento de aguas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende una etapa de precipitación o floculación posterior.

5. Método de tratamiento de aguas según cualquiera de las reivindicaciones

anteriores, que comprende un tratamiento de separación posterior basado en el uso de membranas.


 

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