ESTUDIO DE DEGRADACIÓN POR FOTOCATÁLISIS SOLAR DE LOS ... · 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

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


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


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


Resultados

Conclusiones

Introducción

Pesticidas

FotocatálisisSolar


Resultados

Conclusiones

Cromatografía Líquida de Alta Resolución

Disolvente

HeIntroducción de la muestra

Registro

Detector

Columna

Bomba

Introducción

Pesticidas

FotocatálisisSolar


Resultados

Conclusiones

Analizador de carbono: TOC

Introducción

Pesticidas

FotocatálisisSolar


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


Resultados

Conclusiones

Introducción

Pesticidas

FotocatálisisSolar


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


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


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


laboratorio



Conclusiones

MetasystoxMetasystox R R en planta en planta

pilotopilotoIntroducción

Pesticidas

FotocatálisisSolar

Experimental

ResultadosResultadosMetasystox 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.


Introducción

Pesticidas

FotocatálisisSolar

Experimental




Conclusiones

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%%

inhi

bici

ón

0 1 2 3 4 5Tiempo (h)

Introducción

Pesticidas

FotocatálisisSolar

Experimental




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




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




Conclusiones

Carbaril 50 mg/L

Carbaril 100 mg/L


Introducción

Pesticidas

FotocatálisisSolar

Experimental




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


Introducción

Pesticidas

FotocatálisisSolar

Experimental

Resultados


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


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.

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ESTUDIO DE DEGRADACIÓN POR FOTOCATÁLISIS SOLAR DE LOS ... · 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