Eliminación de colorantes orgánicos y contaminantes orgánicos mediante gel de peróxido de titanio.

Un procedimiento de una etapa para la eliminación de colorante orgánico y/o contaminantes orgánicos dedisolución usando gel de peróxido de titanio,

comprendiendo dicho procedimiento:

a) añadir gel de peróxido de titanio a la disolución en una relación que oscila entre 1: 5 y 1:20 volumen/volumen degel/disolución de colorante;

b) agitar la mezcla como se obtiene en la etapa (a) vigorosamente a una temperatura que oscila entre 25-35°C;

c) dejar reposar la mezcla como se obtiene en la etapa (b) durante 5 a 25 minutos para obtener colorante ocontaminante orgánico adsorbido en gel de peróxido de titanio y sobrenadante incoloro, claro, seguido por filtraciónde la mezcla para obtener colorante o contaminante orgánico adsorbido en gel de peróxido de titanio;

d) transferir colorante o contaminante orgánico adsorbido en gel de peróxido de titanio como se obtiene en la etapa(c) en un vaso de precipitados que contiene agua;

e) degradar colorante o contaminante orgánico adsorbido del colorante o contaminante orgánico adsorbido en gel deperóxido de titanio para recuperar el gel de peróxido de titanio para reutilización.

Eliminación de colorantes orgánicos y contaminantes orgánicos mediante gel de peróxido de titanio.

Campo de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento para la eliminación de colorante orgánico y contaminantes orgánicos de disolución usando gel de peróxido de titanio. La presente invención también se refiere a un procedimiento para la regeneración de gel de peróxido de titanio que se puede reutilizar por el procedimiento de eliminación.

Antecedentes y técnica anterior

Se considera que las industrias textiles y de los colorantes son dos de las industrias más contaminantes. Mientras la concentración de componentes coloreados o componentes que contribuyen al color en el efluente puede ser muy pequeña y puede no ser siempre tóxica, son una causa para aprehensión pública sustancial debido al color intenso e inaceptable de los efluentes. Se han probado métodos físicos, químicos, biológicos y fisicoquímicos para tratar estos cromóforos con diversas ventajas y desventajas. Parece que ahora la propuesta ha cambiado desde su tratamiento a su eliminación. Los factores que se tienen que considerar con respecto a la eliminación por métodos físicos, químicos, biológicos y fisicoquímicos incluyen coste, eficacia, color, necesidad de grandes áreas de espacio, facilidad de uso, generación de lodo concentrado, gran cantidad de sólidos disueltos planteando problemas para su recirculación o su eliminación segura en el medio ambiente entre otros.

La investigación de nuevos fotocatalizadores usando materiales semiconductores (por ej., dióxido de titanio) ha conducido consecuentemente a fines científicos y comerciales. En particular, se han usado fotocatalizadores de dióxido de titanio como medio para eliminar contaminantes que causan problemas medioambientales importantes.

Un artículo titulado "Sol-gel synthesis of Au/TiO2 thin films for photo catalytic degradación of fenol in sunlight" en Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 243 (2.006) 68-76 por R. S. Sonawana, M. K. Dongare desvela la preparación de películas delgadas de Au/TiO2 usadas en descomposición fotocatalítica de materia orgánica y capaces de reutilizarse repetidamente.

La degradación fotocatalítica de diversos tipos de colorantes tales como Alizarina S, Naranja de Croceína G, Rojo de Metilo, Rojo Congo, Azul de Metileno y otros contaminantes orgánicos en agua por titania irradiada por UV, se desvela en el artículo titulado "Photocatalytic degradation of various types of dyes in water by UV-irradiated titania" por Hinda Lachheb, Eric Puzenat, Ammar Houas en Applied Catalysis B: Environmental Volumen 39, Edición 1, 8 de noviembre de 2.002, Páginas 75-90.

El artículo titulado "Tailored titanium dioxide photocatalysts for the degradation of organic dyes in wastewater treatment”. Una revisión por Fang Han, Venkata Subba et al en applied Catalysis A: General Volumen 359, Ediciones 1-2, 15 de mayo de 2.009, Páginas 25-40; desvela la descomposición fotocatalítica de contaminantes orgánicos y colorantes orgánicos de efluentes de aguas residuales industriales que implican TiO2 o TiO2 modificado.

El artículo titulado "Preparation of titanium (IV) oxide thin film photo catalyst by sol-gel dip coating" en Materials Chemistr y and Physics 77 (2.002) 744-750 por R. S. Sonawane, S. G. Hegde, M. K. Dongare, desvela películas de TiO2 que se usaron para descomposición fotocatalítica de ácido salicílico y azul de metileno.

El artículo en International Journal of Photoenergy Volumen 2.009, Artículo ID 962783, 8 páginas doi:10.1155/2009/962783 titulado "Nanosized TiO2 photocatalyst powder via sol-gel method: effect of hydrolysis degree on powder properties" por Nor Hafizah y Iis Sopyan desvela la síntesis de polvo de TiO2 de nanodimensión por el método sol-gel usando tetraisopropóxido de titanio (TPT, por sus siglas en inglés) como el precursor en metanol para degradación de fenol y otros contaminantes orgánicos.

Un artículo titulado "Photocatalytic degradation of an azo dye in a tubular continuous-flow photoreactor with immobilized TiO2 on glass plates" por Behnajady M. A. et al en Chemical engineering journal ISSN 1.385-8.947, 2.007, vol. 127, nol-3, págs. 167-176 desvela la degradación fotocatalítica de Rojo Ácido C. I. 27 (AR27) , un colorante monoazoico aniónico de clase ácida en disoluciones acuosas en un fotorreactor de flujo continuo tubular con TiO2 inmovilizado en placas de vidrio. Se observó que la eficacia de la eliminación aumenta a medida que aumenta la intensidad de la luz pero disminuye cuando aumenta el caudal. La corriente de salida final del fotorreactor mostró mineralización completa del colorante.

Una desventaja asociada al uso de dióxido de titanio como un fotocatalizador es que se requiere luz de longitudes de onda cortas en la región ultravioleta (UV) . También, TiO2 absorbe sólo 3-5% de energía del espectro solar. Por estas razones, hay una continua necesidad de modificar dióxido de titanio puro para desarrollar materiales fotocatalíticos capaces de poseer actividad fotocatalítica incluso bajo luz visible.

Además, la modificación molecular conseguida en los procedimientos de la técnica anterior son complejos y dependen de la concentración de monómero, proporción de condensación bimolecular y funcionalidad que depende

de la proporción de hidrólisis. Por otra parte, se usa TiO2 como películas delgadas o en polvo de gel polimérico. La actividad fotocatalítica se observa que es baja debido a baja porosidad y bajo área.

También, las películas de TiO2 para descomposición fotocatalítica de materia orgánica experimentan desventajas de eficacia y versatilidad. La película delgada comprende 100% de TiO2, donde como el gel de la invención se ha preparado con sal de Ti en concentración extremadamente baja. Además, la película de Ti está limitada en su capacidad para tratar una variedad de colorantes como contra el gel de la invención como se ejemplifica en la presente memoria.

Por lo tanto, aún queda una necesidad en la técnica de proporcionar un procedimiento simple para la eliminación de cromóforos.

También, el procedimiento debería ser de manera que el efluente tratado parezca incoloro después de eliminación de cromóforo. Preferiblemente, el lodo generado a partir del procedimiento debería ser fácilmente degradable sin procedimientos de elaboración adicionales que requieren recursos de tiempo y energía. Además, sería definitivamente ventajoso si el procedimiento de la invención para retirar cromóforos retira simultáneamente otros contaminantes tales como fenol, metanol, formalina, hexamina y similares de los efluentes, puesto que su eliminación es también una tarea interesante para satisfacer las regulaciones medioambientales.

Objetivos de la invención El principal objeto de la invención es desarrollar un procedimiento para la eliminación de colorante orgánico y contaminantes orgánicos de disolución usando gel de peróxido de titanio.

El otro objeto de la invención es desarrollar un procedimiento económico, eficaz, para la separación de colorantes orgánicos y contaminantes orgánicos usando polímero sin gel de peróxido de titanio modificado.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento según el cual el gel de peróxido de titanio usado para la separación de contaminantes medioambientales se pueda regenerar y reutilizar.

Sumario de la invención De acuerdo con esto, la presente invención proporciona un procedimiento para la eliminación de colorante orgánico y contaminantes orgánicos de disolución usando gel de peróxido de titanio, en el que la disolución de cromóforos, colorantes o contaminantes orgánicos se mezcla con gel de peróxido de titanio a temperatura ambiente y se deja reposar durante un periodo de 5 a 25 minutos para obtener una disolución casi incolora, clara.

En un aspecto, el Gel de peróxido de titanio con viscosidad alta y potencial zeta alto se dopa opcionalmente con metales u óxidos de metal. El gel de peróxido de titanio de la presente invención está exento de polímero. La sal de titanio en el gel está en el intervalo de 0, 001-0, 005% en peso. Los metales se dopan en el intervalo de 0, 1-4% en peso y el tamaño de partícula de los metales dopados es menor que 10 nm.

En otro aspecto, se puede recuperar gel de peróxido de titanio por degradación de cromóforo/colorante/ contaminantes orgánicos por procedimientos seleccionados de, pero no limitados a, exposición a luz de fuente natural o artificial, tratamiento físico, tratamiento químico, tratamiento con agentes oxidantes como hipocloritos o blanqueantes comerciales y similares.

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1. Un procedimiento de una etapa para la eliminación de colorante orgánico y/o contaminantes orgánicos de disolución usando gel de peróxido de titanio, comprendiendo dicho procedimiento:

a) añadir gel de peróxido de titanio a la disolución en una relación que oscila entre 1: 5 y 1:20 volumen/volumen de gel/disolución de colorante;

b) agitar la mezcla como se obtiene en la etapa (a) vigorosamente a una temperatura que oscila entr.

2. 35°C;

c) dejar reposar la mezcla como se obtiene en la etapa (b) durante 5 a 25 minutos para obtener colorante o contaminante orgánico adsorbido en gel de peróxido de titanio y sobrenadante incoloro, claro, seguido por filtración de la mezcla para obtener colorante o contaminante orgánico adsorbido en gel de peróxido de titanio;

d) transferir colorante o contaminante orgánico adsorbido en gel de peróxido de titanio como se obtiene en la etapa (c) en un vaso de precipitados que contiene agua;

e) degradar colorante o contaminante orgánico adsorbido del colorante o contaminante orgánico adsorbido en gel de peróxido de titanio para recuperar el gel de peróxido de titanio para reutilización.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la disolución usada en la etapa (a) comprende colorante orgánico y / o contaminantes orgánicos y un disolvente seleccionado del grupo que consiste en: agua, acetona, disolventes clorados y alcoholes.

3. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el gel de peróxido de titanio usado en la etapa (a) presenta un potencial zeta en el intervalo de -54 a -25 mV y viscosidad en el intervalo de 12-15 Pa.s (12.000 – 15.000 cps) .

4. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el gel de peróxido de titanio usado en la etapa (a) se dopa opcionalmente con metales nobles y de transición seleccionados del grupo que consiste en: Au, Ag, níquel, cobre, hierro, molibdeno, vanadio, tungsteno y platino en el intervalo de 0, 1-4% en peso.

5. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que un colorante orgánico o un contaminante orgánico se selecciona del grupo de: azul de metileno, naranja de metilo, violeta de metilo, verde de malaquita, Rodamina B, azul de bromofenol, disolución parabase, disolución de magenta, tinta, disolución de formaldehído, agua residual de hexamina sintética, fenol.

6. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el gel de peróxido de titanio usado en la etapa (a) se pone opcionalmente en una columna y se deja pasar la disolución de colorante por ella para obtener sobrenadante incoloro, claro.

7. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la concentración del colorante orgánico y contaminantes orgánicos se retira hast.

9. 100%.

8. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha degradación de colorante orgánico y contaminante orgánico de colorante o contaminante orgánico adsorbido en gel de peróxido de titanio en la etapa (e) se hace exponiéndolo a la luz solar con o sin un oxidante.

9. El procedimiento según la reivindicación 8, en el que el oxidante usado se selecciona del grupo que consiste en peróxido de hidrógeno e hipoclorito de sodio.